Сила инерции

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Отклонение кресел на аттракционе можно объяснить с применением центробежной силы инерции

Си́ла ине́рции (также инерционная сила) — многозначное понятие, применяемое в механике по отношению к трём различным физическим величинам. Одна из них — «даламберова сила инерции» — вводится в инерциальных системах отсчёта для получения формальной возможности записи уравнений динамики в виде более простых уравнений статики. Другая — «эйлерова сила инерции» — используется при рассмотрении движения тел в неинерциальных системах отсчёта. Наконец, третья — «Ньютонова сила инерции» — сила противодействия, рассматриваемая в связи с третьим законом Ньютона[1][2][3].

Общим для всех трёх величин является их векторный характер и размерность силы. Кроме того, первые две величины объединяет возможность их использования в уравнениях движения, по форме совпадающих с уравнением второго закона Ньютона[1].

Терминология[править | править вики-текст]

Русский термин «сила инерции» произошёл от французского словосочетания фр. force d'inertie. Термин применяется для описания трёх различных векторных физических величин, имеющих размерность силы:

  • величины, которую вводят при описании движения тел в неинерциальных система отсчёта — «эйлерова сила инерции»;
  • величины, используемой в принципе Д’Аламбера — «даламберова сила инерции»;
  • силы-противодействия из третьего закона Ньютона — «ньютонова сила инерции».

Определения «эйлерова», «даламберова» и «ньютонова» предложены академиком А. Ю. Ишлинским[4][5]. Они используются в литературе, хотя и не получили пока повсеместного распространения. В дальнейшем мы будем придерживаться данной терминологии, как позволяющей сделать изложение более сжатым и ясным.

Эйлерова сила инерции в общем случае складывается из нескольких составляющих различного происхождения, которым также присвоены специальные наименования («переносная», «кориолисова» и др.). Более детально об этом говорится в соответствующем разделе ниже.

В других языках используемые названия сил инерции более явно указывают на их особые свойства: в немецком нем. Scheinkräfte[6] («мнимая», «кажущаяся», «видимая», «ложная», «фиктивная» сила), в английском англ. pseudo force[7](«псевдосила») или англ. fictitious force («фиктивная сила»). Реже в английском используются названия «сила д’Аламбера» (англ. d’Alembert force[8]) и «инерционная сила» (англ. inertial force[9]). В литературе, издаваемой на русском языке, по отношению к эйлеровой и даламберовой силам также используют аналогичные характеристики, называя эти силы «фиктивными»[10], «кажущимися»[11], «воображаемыми»[5] или «псевдосилами»[12]

Одновременно с этим в литературе иногда подчёркивают реальность сил инерции[13][14], противопоставляя значение данного термина значению термина фиктивность. При этом, однако, различные авторы вкладывают в эти слова различный смысл, и силы инерции оказываются реальными или фиктивными не в силу отличий в понимании их основных свойств, а в зависимости от избранных определений. Такое употребление терминологии некоторые авторы считают неудачным и рекомендуют просто избегать его в учебном процессе[15][16].

Хотя дискуссия по поводу терминологии ещё не закончена, имеющиеся разногласия не влияют на математическую формулировку уравнений движения с участием сил инерции и не приводят к возникновению каких-либо недоразумений при использовании уравнений на практике.

Силы в классической механике[править | править вики-текст]

В классической механике представления о силах и их свойствах основываются на законах Ньютона и неразрывно связаны с понятием инерциальная система отсчёта.

Действительно, физическая величина, называемая силой, вводится в рассмотрение вторым законом Ньютона, при этом сам закон формулируется только для инерциальных систем отсчёта[17]. Соответственно, понятие силы оказывается определённым только для таких систем отсчёта[18].

Уравнение второго закона Ньютона, связывающее ускорение \vec a и m массу материальной точки с действующей на неё силой \vec F, записывается в виде

\vec a = \frac{\vec F}{m}.

Из уравнения непосредственно следует, что причиной ускорения тел являются только силы, и наоборот: действие на тело не скомпенсированных сил обязательно вызывает его ускорение.

Третий закон Ньютона дополняет и развивает сказанное о силах во втором законе.

Учёт содержания всех законов Ньютона приводит к заключению о том, что силы, о которых идёт речь в классической механике, обладают неотъемлемыми свойствами:

  • сила есть мера механического действия на данное материальное тело других тел[19]
  • в соответствии с третьим законом Ньютона силы способны существовать лишь попарно, при этом природа сил в каждой такой паре одинакова[20][21].
  • любая сила, действующая на тело, имеет источник происхождения в виде другого тела. Иначе говоря, силы обязательно представляют собой результат взаимодействия тел[22].

Никакие другие силы в классической механике в рассмотрение не вводятся и не используются[18][23]. Возможность существования сил, возникших самостоятельно, без взаимодействующих тел, механикой не допускается[22][24].

Хотя в наименованиях эйлеровых и даламберовых сил инерции содержится слово сила, эти физические величины силами в смысле, принятом в механике, не являются[25][12].

Ньютоновы силы инерции[править | править вики-текст]

Некоторые авторы используют термин «сила инерции» для обозначения силы-противодействия из третьего закона Ньютона. Понятие было введено Ньютоном в его «Математических началах натуральной философии»[26]: «Врождённая сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Эта сила проявляется телом единственно лишь, когда другая сила, к нему приложенная, производит изменение в его состоянии. Проявление этой силы может быть рассматриваемо двояко - и как сопротивление, и как напор.», а собственно термин «сила инерции» был, по словам Эйлера, впервые употреблён в этом значении Кеплером([26], со ссылкой на Е. Л. Николаи).

Для обозначения этой силы-противодействия некоторые авторы предлагают использовать термин «ньютонова сила инерции» во избежание путаницы с фиктивными силами, применяемыми при вычислениях в неинерциальных системах отсчёта и при использовании принципа д’Аламбера.

Отголоском ньютоновского выбора слова «сопротивление» для описания инерции является также представление о некоей силе, якобы реализующей это свойство в форме сопротивления изменениям параметров движения. В связи с этим Максвелл заметил, что с таким же успехом можно было бы сказать, что кофе сопротивляется тому, чтобы стать сладким, так как сладким оно становится не само по себе, а лишь после добавления сахара[26].

Существование инерциальных систем отсчёта[править | править вики-текст]

Ньютон исходил из предположения, что инерциальные системы отсчёта существуют и среди этих систем существует наиболее предпочтительная (сам Ньютон связывал её с эфиром, заполняющим всё пространство). Дальнейшее развитие физики показало, что такой системы нет, но это привело к необходимости выйти за пределы классической физики.

Движение в инерциальной СО[править | править вики-текст]

Выполнив тривиальную математическую операцию в выражении третьего закона Ньютона (5) и перенеся член из правой части в левую, получаем безупречную математически запись:

\vec {F_1} + \vec {F_2} = 0 (6)

С физической точки зрения, сложение векторов сил имеет своим результатом получение равнодействующей силы.

В таком случае, прочтённое с точки зрения второго закона Ньютона выражение (6) означает, с одной стороны, что равнодействующая сил равна нулю и, следовательно, система из этих двух тел не двигается ускоренно. С другой стороны здесь не высказаны никакие запреты на ускоренное движение самих тел.

Дело в том, что понятие о равнодействующей возникает лишь в случае оценки совместного действия нескольких сил на одно и то же тело. В данном же случае, хотя силы равны по модулю и противоположны по направлению, но приложены к разным телам и потому, касательно каждого из рассматриваемых тел по отдельности, не уравновешивают друг друга, поскольку на каждое из взаимодействующих тел действует лишь одна из них. Равенство (6) не указывает на взаимную нейтрализацию их действия для каждого из тел, оно говорит о системе в целом.[26][27]

Рис.1 Материальная точка в двух декартовых системах координат: неподвижной O, считающейся инерциальной, и подвижной O'

Повсеместно используется запись уравнения, выражающего второй закон Ньютона в инерциальной системе отсчёта:

\vec {F_r} = m \vec {a_r} (7)

Если \vec {F_r} есть результирующая всех реальных сил, действующих на тело, то это выражение, представляющее собой каноническую запись Второго закона, является просто утверждением, что получаемое телом ускорение пропорционально этой силе и массе тела. Оба выражения, стоящие в каждой части этого равенства относятся к одному и тому же телу.

Но выражение (7) может быть, подобно (6), переписано в виде:

\vec {F_r} - m \vec {a_r} = 0 (8)

Для постороннего наблюдателя, находящегося в инерциальной системе и анализирующего ускорение тела, на основании сказанного выше такая запись имеет физический смысл только в том случае, если члены в левой части равенства относятся к силам, возникающим одновременно, но относящимся к разным телам. И в (8) второй член слева представляет собой такую же по величине силу, но направленную в противоположную сторону и приложенную к другому телу, а именно силу \vec {F_{i_1}}, то есть

\vec {F_{i_1}} = - m \vec {a_r} (9)

В случае, когда оказывается целесообразным разделение взаимодействующих тел на ускоряемое и ускоряющее и, чтобы отличить действующие тогда на основании Третьего закона силы, те из них, которые действуют со стороны ускоряемого тела на ускоряющее называют силами инерции \vec F_{i_1} или «ньютоновыми силами инерции»[26], что соответствует записи выражения (5) для Третьего закона в новых обозначениях:

 \vec {F_r} = - \vec {F_{i_1}} (10)

Существенно, что сила действия ускоряющего тела на ускоряемое и сила инерции имеют одно и то же происхождение и, если массы взаимодействующих тел близки друг другу настолько, что и получаемые ими ускорения сравнимы по величине, то введение особого наименования «сила инерции» является лишь следствием достигнутой договорённости. Оно так же условно, как и само деление сил на действие и противодействие.

Иначе обстоит дело, когда массы взаимодействующих тел несравнимы между собой (человек и твёрдый пол, отталкиваясь от которого он идёт). В этом случае деление тел на ускоряющие и ускоряемые становится вполне отчётливым, а ускоряющее тело может рассматриваться как механическая связь, ускоряющая тело, но не ускоряемая сама по себе.[26]

В инерциальной системе отсчёта сила инерции приложена не к ускоряемому телу, а к связи.

Эйлеровы силы инерции[править | править вики-текст]

Движение в неинерциальной СО[править | править вики-текст]

Дважды продифференцировав по времени обе части равенства r = R + r{^\prime}, получаем:

 \vec {a_r} = \vec {a_R} + \vec {a_{r^\prime}} (11), где:

\vec {a_r} = \ddot r есть ускорение тела в инерциальной СО, далее называемое абсолютным ускорением.
\vec {a_R} = \ddot R есть ускорение неинерциальной СО в инерциальной СО, далее называемое переносным ускорением.
\vec {a_{r^\prime}} = \ddot r{^\prime} есть ускорение тела в неинерциальной СО, далее называемое относительным ускорением.

Существенно, что это ускорение зависит не только от действующей на тело силы, но и от ускорения системы отсчёта, в которой это тело движется, и потому при произвольном выборе этой СО может иметь соответственно произвольное значение.

Относительное ускорение вполне реально[28] в неинерциальной СО, поскольку разница двух реальных величин по (11) \vec {a_r} - \vec {a_R} = \vec {a_{r^\prime}} не может быть не реальной.

Умножим обе части уравнения (11) на массу тела m и получим:

m \vec {a_r} = m \vec {a_R} + m \vec {a_{r^\prime}} (12)

В соответствии со вторым законом Ньютона, сформулированным для инерциальных систем, член слева является результатам умножения массы на вектор, определяемый в инерциальной системе, и потому с ним можно связать реальную силу:

m \vec {a_r} = \vec {F_r}. Это сила, действующая на тело в первой (инерциальной) СО, которая будет здесь названа «абсолютной силой». Она продолжает действовать на тело с неизменными направлением и величиной в любой системе координат.

Следующая сила, определяемая как:

m \vec {a_R} = \vec {F_R} (13)

по принятым для наименования происходящих движений правилам должна быть названа «переносной».

Важно, что ускорение \vec {a_R} в общем случае никакого отношения к изучаемому телу не имеет, поскольку вызвано теми силами, которые действуют лишь на тело, выбранное в качестве неинерциальной системы отсчёта. Но масса, входящая в выражение, есть масса изучаемого тела. Ввиду искусственности введения такой силы, её нужно считать фиктивной силой.

Перенося выражения для абсолютной и переносной силы в левую часть равенства:

m \vec {a_r} - m \vec {a_R} = m\vec {a_{r^\prime}} (14)

и применяя введённые обозначения, получаем:

\vec {F_r} - \vec {F_R} = m \vec {a_{r^\prime}} (15)

Отсюда видно, что вследствие ускорения в новой системе отсчёта на тело действует не полная сила \vec {F_r}, но лишь её часть \vec {F^\prime}, оставшаяся после вычитания из неё переносной силы \vec {F_R} так, что:

\vec {F^\prime} = m \vec {a_{r^\prime}} (16)

тогда из (15) получаем:

\vec {F_r} - \vec {F_R} = \vec {F^\prime} (17)

по принятым для наименования происходящих движений эта сила должна быть названа «относительной». Именно эта сила вызывает движение тела в неинерциальной системе координат.

Полученный результат в разнице между «абсолютной» и «относительной» силами объясняется тем, что в неинерциальной системе, кроме силы \vec F_r, на тело дополнительно подействовала некая сила \vec F_{i_2} таким образом, что:

\vec {F_r} + \vec {F_{i_2}} = \vec {F^\prime} (18)

Эта сила представляет собой силу инерции, применительно к движению тел в неинерциальных СО. Она никак не связана с действием реальных сил на тело.

Тогда из (17) и (18) получаем:

\vec {F_{i_2}} = - \vec {F_R} (19)

То есть, сила инерции в неинерциальной СО равна по величине и противоположна по направлению силе, вызывающей ускоренное движение этой системы. Она приложена к ускоряемому телу.

Сила эта не является по своему происхождению результатом действия окружающих тел и полей, и возникает исключительно за счёт ускоренного движения второй системы отсчёта относительно первой.

Все входящие в выражение (18) величины могут быть независимым друг от друга образом измерены, и поэтому поставленный здесь знак равенства означает не что иное, как признание возможности распространения ньютоновской аксиоматики при учёте таких «фиктивных сил» (сил инерции) и на движение в неинерциальных системах отсчёта, и потому требует экспериментального подтверждения. В рамках классической физики это действительно и подтверждается.[26]

Различие между силами \vec {F_{i_1}} и \vec {F_{i_2}} состоит лишь в том, что вторая наблюдается при ускоренном движении тела в неинерциальной системе координат, а первая соответствует его неподвижности в этой системе. Поскольку неподвижность есть лишь предельный случай движения с малой скоростью, принципиальной разницы между этими фиктивными силами инерции нет.

Пример 2[править | править вики-текст]

Пусть вторая СО движется с постоянной скоростью или просто неподвижна в инерциальной СО. Тогда \vec {a_R} = 0 и сила инерции отсутствует. Движущееся тело испытывает ускорение, вызываемое действующими на него реальными силами.

Пример 3[править | править вики-текст]

Пусть вторая СО движется с ускорением \vec {a_R} = \vec {a_r} то есть эта СО фактически совмещена с движущимся телом. Тогда в этой, неинерциальной, СО тело неподвижно вследствие того, что действующая на него сила полностью скомпенсирована силой инерции:

\vec {F_{i_2}} = - \vec {F_r} = \vec {F_{i_1}}

Пример 4[править | править вики-текст]

Пассажир едет в легковом автомобиле с постоянной скоростью. Пассажир — тело, автомобиль — его система отсчёта (пока инерциальная), то есть \vec {F_r} = 0.

Автомобиль начинает тормозить и превращается для пассажира во вторую рассмотренную выше неинерциальную систему, к которой навстречу её движения приложена сила торможения \vec {F_R}. В этой неинерциальной системе отсчёта возникает сила инерции, приложенная к пассажиру и направленная противоположно по отношению к ускорению автомобиля (то есть по его скорости):  \vec {F_{i_2}}. Сила инерции стремится вызвать в данной системе отсчёта движение тела пассажира по направлению к ветровому стеклу.

Однако, движению пассажира препятствует ремень безопасности: под действием тела пассажира ремень растягивается и с соответствующей силой воздействует на пассажира. Эта реакция ремня уравновешивает силу инерции и пассажир в системе отсчёта, связанной с автомобилем, ускорения не испытывает, оставаясь неподвижным относительно автомобиля в процессе всего торможения.

С точки зрения наблюдателя, находящегося в произвольной инерциальной системе отсчёта (например, связанной с дорогой) пассажир теряет скорость в результате действия на него силы со стороны ремня. Благодаря этой силе возникает ускорение (отрицательное) пассажира, её работа вызывает уменьшение кинетической энергии пассажира. Ясно при этом, что никаких сил инерции в инерциальной системе отсчёта не возникает, и они для описания движения пассажира не привлекаются.

Примеры использования[править | править вики-текст]

В некоторых случаях при расчётах удобно использовать неинерциальную систему отсчёта, например:

  • движение подвижных деталей автомобиля удобно описывать в системе координат, связанных с автомобилем. В случае ускорения автомобиля эта система становится неинерциальной;
  • движение тела по круговой траектории иногда удобно описывать в системе координат, связанной с этим телом. Такая система координат неинерциальна из-за центростремительного ускорения.

В неинерциальных системах отсчёта стандартные формулировки законов Ньютона неприменимы. Так при ускорении автомобиля, в системе координат, связанной с корпусом автомобиля, незакреплённые предметы внутри получают ускорение в отсутствие какой-либо силы, прикладываемой непосредственно к ним; а при движении тела по орбите, в связанной с телом неинерциальной системе координат тело покоится, хотя на него действует ничем не сбалансированная сила гравитации, выступавшая в качестве центростремительной в той инерциальной системе координат, в которой наблюдалась вращение по орбите.

Для восстановления возможности применения в этих случаях привычных формулировок законов Ньютона и связанных с ними уравнений движения, для каждого рассматриваемого тела оказывается удобно ввести фиктивную силу — силу инерции — пропорциональную массе этого тела и величине ускорения системы координат, и противонаправленную вектору этого ускорения.

С использованием этой фиктивной силы появляется возможность краткого описания реально наблюдаемых эффектов: «почему при разгоне автомобиля пассажира прижимает к спинке сиденья?» — «на тело пассажира действует сила инерции». В инерциальной системе координат, связанной с дорогой, сила инерции для объяснения происходящего не требуется: тело пассажира в ней ускоряется (вместе с автомобилем), и это ускорение производит сила, с которой сиденье действует на пассажира.

Сила инерции на поверхности Земли[править | править вики-текст]

Условно совмещённые картины действующих сил для наземного и внеземного наблюдателей

В инерциальной системе отсчёта (наблюдатель вне Земли) тело, находящееся на поверхности Земли, испытывает центростремительное ускорение a_c, по величине совпадающее с ускорением точек поверхности Земли, вызванным её суточным вращением. Это ускорение, в соответствии со вторым законом Ньютона, определяется воздействующей на тело центростремительной силой c (зелёный вектор). Последняя складывается из силы гравитационного притяжения к центру Земли g_0 (красный вектор) и силы реакции опоры b (чёрный вектор)[29]. Таким образом, уравнение второго закона Ньютона для рассматриваемого тела в случае инерциальной системы отсчёта имеет вид ma_c=c или, что то же самое, ma_c=g_0+b.

Для наблюдателя, вращающегося вместе с Землёй, тело неподвижно, хотя на него действуют в точности те же силы, что и в предыдущем случае: сила гравитации g_0 и реакция опоры b. Противоречия здесь не возникает, поскольку в неинерциальной системе отсчёта, каковой является вращающаяся Земля, применять второй закон Ньютона в обычной форме неправомерно. Вместе с тем, в неинерциальной системе отсчёта возможно ввести в рассмотрение силы инерции. В данном случае единственной силой инерции является центробежная сила a (синий вектор), равная произведению массы тела на его ускорение в инерциальной системе отсчёта, взятому со знаком минус, то есть -ma_c. После введения этой силы уравнение движения тела, приведённое выше, преобразуется в уравнение равновесия тела, имеющее вид g_0+a + b=0.

Сумму сил гравитации g_0 и центробежной силы инерции a называют силой тяжести g (жёлтый вектор)[30]. С учётом этого последнее уравнение можно записать в виде g+ b=0 и утверждать, что действия силы тяжести и силы реакции опоры компенсируют друг друга. Отметим также, что относительное значение центробежной силы невелико: на экваторе, где такое значение максимально, её вклад в силу тяжести составляет ~0,3 %[31]. Соответственно, невелики и отклонения векторов g и b от радиального направления.

Общий подход к нахождению сил инерции[править | править вики-текст]

Сравнивая движение тела в инерциальной и неинерциальной СО можно прийти к следующему выводу[26]:

Пусть \vec {F_1} есть сумма всех сил, действующих на тело в неподвижной (первой) системе координат, которая вызывает его ускорение \vec {a_1}. Эта сумма находится путём измерения ускорения тела в этой системе, если известна его масса.

Аналогично, \vec {F_2} есть сумма сил, измеренная в неинерциальной системе координат (второй), вызывающая ускорение \vec {a_2}, в общем случае отличающееся от \vec {a_1} вследствие ускоренного движения второй СО относительно первой.

Тогда сила инерции в неинерциальной системе координат будет определяться разницей:

\vec {F_{i_2}} = \vec {F_2} - \vec {F_1} (19)

или:

\vec {F_{i_2}} = m (\vec {a_2} - \vec {a_1}) (20)[26]

В частности, если тело покоится в неинерциальной системе, то есть \vec {a_2} = 0, то

\vec {F_{i_2}} = - \vec {F_1} (21)[26].

Если в выражении (20) считать, что ускорение \vec {a_2} измерено не в абсолютной, но в другой неинерциальной системе координат, то найденная сила инерции будет представлять собой силу, соответствующую относительному движению двух неинерциальных СО. Если учесть, что все тела во Вселенной взаимодействуют друг с другом в силу всепроникающей гравитации, и потому инерциальных СО в принципе не существует, то именно этот случай является действительно реализуемым на практике[источник не указан 472 дня].

Движение тела по произвольной траектории в неинерциальной СО[править | править вики-текст]

Положение материального тела в условно неподвижной и инерциальной системе задаётся здесь вектором \vec r, а в неинерциальной системе — вектором \vec {r^\prime}. Расстояние между началами координат определяется вектором \vec R. Угловая скорость вращения системы задаётся вектором \vec\omega, направление которого устанавливается по оси вращения по правилу правого винта. Линейная скорость тела по отношению к вращающейся СО задаётся вектором \vec v.

В данном случае инерционное ускорение, в соответствии с (11), будет равно сумме:


\vec {a_r} = 
   \frac{d^2 \vec R }{dt^2}
 + \frac{d \vec \omega}{dt} \times \vec {r^\prime}
 + {2 \vec \omega \times \vec v}
 + \vec \omega \times \left [ \vec \omega \times \vec {r^\prime} \right ]
(22)[6], где

первый член — переносное ускорение второй системы относительно первой;
второй член — ускорение, возникающее из-за неравномерности вращения системы вокруг своей оси;
третий член — Кориолисово ускорение, вызванное той составляющей вектора скорости, которая не параллельна оси вращения неинерциальной системы;
последний член, взятый без знака, представляет собой вектор, направленный в противоположную сторону от вектора \vec {r^\prime}, что можно получить, раскрывая двойное векторное произведение, когда получаем, что этот член равен ( - {r^\prime}\omega^2) и потому представляет собой центростремительное ускорение тела в системе отсчёта неподвижного наблюдателя, принимаемой за ИСО, в которой сил инерции быть не может по определению. Однако формула (22) относится к ускорениям, наблюдаемым в неинерциальной (поворачивающей) системе отсчёта, и последние три члена в (11) представляют собой относительное ускорение, то есть ускорение, испытываемое телом в неинерциальной системе отсчёта под действием центробежной силы инерции (см. синюю стрелку на рисунке). Последний член должен представлять (вместе со знаком) центробежное ускорение, и потому перед ним должен стоять знак минус.

Работа сил инерции[править | править вики-текст]

В классической физике силы инерции встречаются в двух различных ситуациях в зависимости от системы отсчёта, в которой производится наблюдение[26]. Это сила, приложенная к связи при наблюдении в инерциальной СО или к рассматриваемому телу при наблюдении в неинерциальной системе. Обе эти силы могут совершать работу. Исключением является сила Кориолиса, которая работы не совершает, поскольку всегда направлена перпендикулярно вектору скорости. В то же время, сила Кориолиса может изменить траекторию движения тела и, тем самым, способствовать совершению работы другими силами (такими, как сила трения). Примером этому может служить эффект Бэра.

При решении задач на бумаге, когда искусственно сводят динамическую задачу движения к задаче статики, вводят третий вид сил, называемый силами Даламбера, которые работы не совершают ввиду неподвижности тел, на которые эти силы действуют.

Эквивалентность сил инерции и гравитации[править | править вики-текст]

Согласно принципу эквивалентности сил гравитации и инерции локально невозможно отличить, какая сила действует на данное тело — гравитационная сила или сила инерции. Различие между силами гравитации и силами инерции классической механики заключается в невозможности устранения сил гравитации в конечной области пространства-времени переходом к какой-либо системе отсчёта. В этом смысле глобальные или даже конечные инерциальные системы отсчёта в общей теории относительности в общем случае отсутствуют.

Д’Аламберовы силы инерции[править | править вики-текст]

В принципе д’Аламбера в рассмотрение вводятся подлинно отсутствующие в природе силы инерции, которые невозможно измерить никакой физической аппаратурой. Эти силы вводятся ради использования искусственного математического приёма, основанного на применении принципа Д’Аламбера в формулировке Лагранжа, где задача на движение с помощью введения сил инерции формально сводится к проблеме равновесия[26].

См. также[править | править вики-текст]

Приложения[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Тарг С. М. Сила инерции // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — С. 494-495. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8
  2. Сила инерции — статья из Большой советской энциклопедии
  3. Ишлинский А. Ю. Классическая механика и силы инерции. — М.: «Наука», 1987. — С. 15. — 320 с.
  4. Ишлинский А. Ю. Классическая механика и силы инерции. — М.: «Наука», 1987. — С. 14-18. — 320 с.
  5. 1 2 Ишлинский А. Ю. К вопросу об абсолютных силах и силах инерции в классической механике // Теоретическая механика. Сборник научно-методических статей. — 2000. — № 23. — С. 3-8.
  6. 1 2 Walter Greiner Klassische Mehanik II.Wissenschaftlicher VerlagHarri Deutsch GmbH. Frankfurt am Main.2008 ISBN 978-3-8171-1828-1
  7. ^Richard Phillips Feynman, Leighton R. B. & Sands M. L. (2006). The Feynman Lectures on Physics. San Francisco: Pearson/Addison-Wesley. Vol. I, section 12-5. ISBN 0-8053-9049-9. http://books.google.com/books?id=zUt7AAAACAAJ& <=intitle:Feynman+intitle:Lectures+intitle: on+intitle:Physics&lr=&as_brr=0.
  8. ^Cornelius Lanczos (1986). The Variational Principles of Mechanics. New York: Courier Dover Publications. p. 100. ISBN 0-486-65067-7. http://books.google.com/books?id=ZWoYYr8wk2IC&pg=PA103&dq=%22Euler+force%22&lr=&as_brr=0&sig=UV46Q9NIrYWwn5EmYpPv-LPuZd0#PPA100,M1.
  9. ^ Max Born & Günther Leibfried (1962). Einstein’s Theory of Relativity. New York: Courier Dover Publications. pp. 76-78. ISBN 0-486-60769-0. http://books.google.com/books?id=Afeff9XNwgoC&pg=PA76&dq=%22inertial+forces%22&lr=&as_brr=0&sig=0kiN27BqUqHaZ9CkPdqLIjr-Nnw#PPA77,M1.
  10. Зоммерфельд А. Механика. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — С. 82. — 368 с. — ISBN 5-93972-051-X
  11. Борн М. Эйнштейновская теория относительности. — М.: «Мир», 1972. — С. 81. — 368 с.
  12. 1 2 Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Выпуск 1. Современная наука о природе. Законы механики // Фейнмановские лекции по физике. — М.: «Мир», 1965. — С. 225.
  13. Седов Л. И. Об основных моделях механики. М.: МГУ, 1992. Стр 17.; Седов Л. И. Очерки, связанные с основами механики и физики. М.: Знание, 1983. Стр 19.
  14. Матвеев А. Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1979. Стр 393. (в 3-е изд. 2003. Стр.393)
  15. [1]. Вестник высшей школы. Советская наука, 1987. С. 248.
  16. А. Ишлинский при переиздании своей работы удалил эти термины («Классическая механика и силы инерции», 1987, с. 279): ... термин «реальная сила» и «фиктивная сила» понимались по-разному. Считаю, что лучше не спорить на эту тему и от упомянутых слов вообще отказаться.
  17. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. — М.: Высшая школа, 1995. — С. 182. — 416 с. — ISBN 5-06-003117-9
  18. 1 2 Журавлёв В. Ф. Основания механики. Методические аспекты. — М.: ИПМ АН СССР, 1985. — С. 19. — 46 с.
  19. Тарг С. М. Сила // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — С. 494. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8
  20. Зоммерфельд А. Механика. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — С. 16. — 368 с. — ISBN 5-93972-051-X
  21. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2005. — Т. I. Механика. — С. 84. — 560 с. — ISBN 5-9221-0225-7
  22. 1 2 Kleppner D., Kolenkow R. J. An Introduction to Mechanics. — McGraw-Hill, 1973. — P. 59-60. — 546 p. — ISBN 0-07-035048-5
  23. Встречается утверждение, что применительно к силе Лоренца сказанное не верно и требует дополнительного уточнения (Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. — 3-е изд. — М. Высшая школа 1976. — С. 132). Согласно другой точке зрения, «в электродинамике силы противодействия силам Лоренца приложены к электромагнитному полю (подстрочное примечание: Стоит отметить, что ещё недавно некоторые видные учёные считали, что сила Лоренца вообще не удовлетворяет закону действия и противодействия…) как к физическому объекту, претерпевающему соответствующее влияние» (Седов, Очерки, с. 17).
  24. Ишлинский А. Ю. Классическая механика и силы инерции. — М.: «Наука», 1987. — С. 8. — 320 с.
  25. «"Силы инерции" — не силы». Журавлёв В. Ф. Основания механики. Методические аспекты. — М.: ИПМ АН СССР, 1985. — С. 21. — 46 с.
  26. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Хайкин, Семён Эммануилович. Силы инерции и невесомость. М.,1967 г. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы.
  27. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. и прим. А. Н. Крылова. М.: Наука, 1989
  28. С. Э. Хайкин. Силы инерции и невесомость. М.,1967 г. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы.
  29. Китайгородский А. И. Введение в физику. М:Изд.-во «Наука», гл.ред.физико-математической литературы.1973
  30. Тарг С. М. Сила тяжести // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. Пойнтинга—Робертсона эффект — Стримеры. — С. 496. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8
  31. Грушинский Н. П. Основы гравиметрии. — М.: «Наука», 1983. — С. 34. — 351 с.

Литература[править | править вики-текст]