Таким образом, сила инерции может быть измерена по растяжению пружины.
В неинерциальной системе отсчёта тело будет находиться в состоянии равновесия при равенстве по модулю силы инерции и равнодействующей сил, приложенных к телу, которая направлена в сторону обратную направлению силы инерции.
Приравняв их, при решении задач сможем найти интересующую нас величину. Сила инерции это не какая-то особенная сила, она лишь отражает не инерциальность движения самой системы отсчёта.
Придумано удачное название этой силы (силы инерции), так как её появление связано с инертностью тела (способностью тела сохранять своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения).
Существование сил инерции связано только с ускоренным движением систем отсчёта, в которых находится тело.
Силу инерции иногда называют "фиктивной" в том смысле, что нет реального тела, со стороны которого эта сила действует.
В остальном сила инерции ничем не отличается от других сил. Просто возникновение сил инерции указывает на то, что мы имеем дело с неинерциальной системой отсчёта.
Учёт силы инерции, наряду с другими силами, позволяет пользоваться законами Ньютона и в неинерциальных системах отсчёта.
Задачи механики можно решать и в инерциальной, и в неинерциальной системах отсчёта, в неинерциальных они решаются проще.
Проиллюстрирую это двумя рисунками, на которых изображён вращающийся стол, на котором к стойке на нити подвешен шарик.
Рисунки взяты из книги "Курс физики", авторы А.Н.Ремизов и А.Я. Потапенко.
Наблюдатель, находящийся в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй, скажет, что шар двигается по окружности. На него действуют две силы: сила тяжести и сила натяжения нити.
Их равнодействующая направлена к центру окружности и обусловливает равномерное движение шарика по окружности:
Наблюдатель, находящийся в неинерциальной системе отсчёта, связанной со столом, скажет, что шарик неподвижен относительно стола и векторная сумма сил, действующих на него, должна быть равна нулю и центробежная сила инерции по модулю равна равнодействующей силе, показанной на первом рисунке, т. е. получаем такой же результат.
В предыдущей записи приведена задача на равномерное движение велосипедиста по окружности. Она решалась в инерциальной системе отсчёта, связанной с Землёй.
Если же связать систему отсчёта с движущимся велосипедистом, то она будет неинерциальной, так как присутствует нормальное ускорение, направленное к центру окружности.
Поэтому появится центробежная сила инерции, направленная от центра окружности. По модулю она равна равнодействующей трёх сил, действующих на велосипедиста с велосипедом: силы нормальной реакции опоры, силы трения между колесом и землёй и силы тяжести.
В следующих записях будет дано решение задач с использованием сил инерции.
Уточняю понятие "силы инерции".
Рассматривая поведение тела в ускоренно движущемся автомобиле (рис. 48) говорилось, что тело ведёт себя так, как "если бы" на него действовала сила, равная произведению массы тела на ускорение автомобиля, направленная в сторону обратную ускорению.
Эту силу назвали "силой инерции". Введение этого понятия необходимо при составлении уравнений по второму закону Ньютона в неинерциальных системах отсчёта (в системах отсчёта, связанных с телами, движущимися относительно земли с ускорением; с системами отсчёта, связанными с вращающимся диском).
Понятие "силы инерции" фиктивное понятие, так как (по определению) сила есть результат действия одного тела на другое. В этом смысле другого тела, толкающего шар в сторону противоположную ускорению автомобиля (рис. 48), нет.
В действительности, если тело связать со столом пружиной (рис. 49), то при наборе автомобилем скорости тело стремится сохранить своё положение (инертность), в результате чего пружина натягивается. Возникшая в ней сила упругости сообщает шарику ускорение, равное ускорению автомобиля.
Находясь в ускоренно движущемся автомобиле, мы чувствуем на себе "силу инерции" - результат ускорения автомобиля относительно земли (инерциальной системы отсчёта).
При решении задач в неинерциальной системе отсчёта не будешь каждый раз говорить, что сила инерции " как бы" существует, а "условно" говорим, что в неинерциальной системе отсчёта на тело, наравне с другими силами, действует сила инерции.
Только с её учётом записываем уравнения по второму закону Ньютона.
Так поступаем при решении всех задач, следующих за этой статьёй (посмотрите,например, решение задачи 4 к Занятию 18).
Итак, сила инерции является фиктивной силой, но её введение необходимо для расчётов движения тел в неинерциальных системах отсчёта.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Динамика равномерного движения материальной точки по окружности.
Следующая запись: Проявление сил инерции
Первое занятие: Занятие 1. Физика. Механика. Кинематика