Принцип относительности Галилея - ВВЕДЕНИЕ. ФИЗИКА В ПОЗНАНИИ ВЕЩЕСТВА, ПОЛЯ, ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Цель: сформулировать принцип относительности Галилея.

Ход урока

I. Анализ контрольной работы

II. Изучение нового материала

Механическое движение описывает кинематика, не объясняя физических причин его возникновения и изменения, отвечая лишь на вопрос, как движется тело.

Динамика объясняет причины, определяющие характер механического движения, отвечает на вопрос, почему тело двигается.

Для того чтобы тело, находящееся в покое, изменило положение в пространстве, необходимо взаимодействие с другим телом.

Эксперимент 1

Движение тележки в результате взаимодействия с рукой прекращается.

Две тележки скреплены пружинно и находятся в покое. Чтобы тележки не разъехались, привяжите их ниткой, если нить пережечь, тележки придут в движение.

Эти эксперименты доказывают, что для изменения положения тела необходимо взаимодействие тел.

Эксперимент 2

С наклонного желоба без начальной скорости пускают шарик на разные поверхности: на песок; на ткань; на стол.

Что видим? Каждый раз шарик проходит до остановки большее расстояние.

Если бы была абсолютно гладкая дорога, исключены внешние воздействия, тележка двигалась бы без остановки по инерции.

В зимних условиях такое движение практически не встречается.

Принцип инерции

Если на тело не действуют внешние силы, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны, они существуют без внешнего взаимодействия. Однако эквивалентность и равномерность прямолинейного движения возможны лишь в инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.

Инерциальная система отсчета - система отсчета, в которой тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Будем производить разные механические опыты в вагоне поезда, идущего равномерно по прямолинейному участку пути, а затем повторим эти же опыты на зеленой поверхности.

Поезд идет без толчков и окна завешены. Если толкнуть мяч, находившийся на земной поверхности, а затем такой же мяч толкнуть точно так же в движущемся вагоне, то скорость мячей будут одинаковы, каждый относительно своей системы отсчета.

Подобные опыты и наблюдения показывают, что относительно всех инерциальных систем отсчета тела получают одинаковое ускорение при одинаковых действиях на них других тел:

Все инерциальные системы совершенно равноправны относительно причин ускорения. Это утверждение называется принципом относительности Галилея.

Как же связаны между собой координаты и скорость тела в различных инерциальных системах отсчета.

Пусть автомобиль движется по платформе, которая имеет скорость V, равномерно движется вдоль нее со скоростью V_x относительно платформы.

Через время t платформа сместится на расстояние Vt, а автомобиль проедет по платформе х’ = V_xt и будет находиться на расстоянии X = X' + Vt.

Координаты тела (автомобиля) в различных инерциальных системах X и X’: Х’ = Х - Vt; V_x = x/t, разделив на t, получим закон сложения скоростей:

Если платформа имеет скорость V = 60 км/ч, автомобиль V_x’ = 10 км/ч, то автомобиль относительно земли имеет скорость 70 км/ч.

Во всех инерциальных системах отсчёта законы классической динамики имеют один и тот же вид.

III. Закрепление изученного

1. Какие системы отсчета являются инерциальными, а какие - неинерциальными? Приведите примеры таких систем.

2. Можно ли считать инерциальными системами отсчета, неподвижно связанные с Землей?

3. В чем заключается относительность движения тел. Приведите примеры.

4. Какая формула выражает классический закон сложения скоростей? Как формулируется данный закон.

5. При каких условиях справедлив классический закон сложения скоростей?

Дополнительный материал

Чему же учил Аристотель?

«Всякое движение, - писал Аристотель, - бывает или насильственным, или происходящим по природе». К последним он относил круговые движения небесных светил, а также считал их присущими самим телам и не нуждающимися в каких-либо внешних причинах.

Если какое-либо движение отличается от естественного, то оно может быть осуществлено лишь насильственным путем. В отношении таких движений Аристотель писал: «Все движущееся необходимо приводится в движение чем-нибудь». Иными словами, причина «неестественного» движения - сила, действующая со стороны других тел. Нет силы - нет движения. В современных обозначениях основной закон динамики Аристотеля может быть представлен в виде:

F = k(S/t) или F = kV,

где F - сила, приложенная к телу, V = S/t, - скорость тела, k - постоянный для каждого тела коэффициент, пропорциональный весу данного тела.

Конечно, сам Аристотель подобных формул никогда не записывал. И не только потому, что тогда не существовало используемой ныне символики, но и из-за отсутствия четко определенных физических понятий. Даже такое «простое» понятие, как скорость, еще не имело строгого определения. Под скоростью Аристотель понимал «быстроту» движения. «Быстрое, - писал он, - есть далеко продвигающееся в течение малого времени, медленное же - малопродвигающееся в течение большого времени».

Взгляды Аристотеля на движение тел соответствовали логике геоцентрической картины мира, а также существовавшему в то время уровню техники и средств передвижения, когда движущая сила создавалась животными или рабами.

Практика использования говорила, например, о том, что для перемещения телеги нужна лошадь. Если лошадь будет тянуть с постоянной силой, телега будет двигаться с постоянной скоростью. Для перевозки вдвое более тяжелого груза или для вдвое более быстрого движения требовалось и двойное количество животных.

Домашнее задание

П. 22, 23.