Ньютонның бірінші заңы. Инерциялық санақ жүйелері

Ньютонның бірінші заңы. Инерциялық санақ жүйелері

Мында өту: шарлау, іздеу

Исаак Ньютон (1643-1747)

Біздің дәуірімізге дейінгі IV ғасырдан бастап, жиырма ғасырға созылған уақыт бойы гректің ұлы ойшылы Аристотельдің және оның жолын қуушылардың идеясы үстемдік етті. Олардың көзқарасы бойынша, дене тұрақты жылдамдықпен қозғалуы үшін оған үнемі баска дене әрекет етуі керек деп есептелінді; дененің табиғи күйі — тыныштық деп саналды.

Алғаш рет италиян ғалымы Галилео Галилей (1564—1642) ғасырлар бойы қалыптасқан бұл қағидадан бас тартты. Ол өзінің жүргізген керемет тәжірибелері негізінде Аристотель мен оның жолын қуушылар ілімінің жалған екенін дәлелдей білді. Ол денелердің горизонталь жазыктықтар бойымен қозғалысын зерттей отырып, егер денеге басқа денелер әрекет етпесе немесе олардың әрекеті теңгерілген болса, онда дене не тыныштықтағы күйін сақтайды, не түзусызықты және бірқалыпты қозғалысын жалғастырады деген қорытындыға келген болатын. Бұл — инерция заңы. И. Ньютон инерция заңын механика негізіне енгізді, сондықтан бұл заңды Ньютонның бірінші заңы деп атайды.

Нақты жағдайларда қарастырылатын денеге түсірілетін сыртқы әрекеттен арылу мүмкін емес. Алайда тәжірибелер денелер өзара әрекеттесуге (мысалы, аздап еңкейтілген үстел бетіндегі дене жермен, атмосферамен, еңкіш бетпен өзара әрекеттеседі) қатынаса отырып, тыныштық қалпын сактауы немесе біркалыпты түзусызықты козғалуы мүмкін екендігін көрсетеді. Бұл жағдайда өзара әрекеттесудің теңгерілуі туралы айта аламыз. Үйкеліс аз болған жағдайда, мысалы, сырғанатылған тас мұз бетімен үзақ уақыт бойы козғала алады. Үйкеліс неғұрлым аз болса, тас соғұрлым едәуір жерге дейін сырғанайды. Бірақ бұл денелер аздаған теңәрекетті күш әрекетінен өздерінің жылдамдықтарын өзгертулері мүмкін.

Инерция заңы орындалмайтын  санақ жүйелері болады. Мұндай санақ жүйелерінде дененің қозғалыс жылдамдығы өзара әрекеттесуден ғана емес, сол жүйенің үдемелі қозғалысынан да туындай алады. Ондай санақ жүйелері инерциялық емес санақ жүйелері деп аталады.

 
Кенет тежелген пойыз вагон|вагоны ішіндегі жолаушыны мысал ретінде алсақ. Пойыздың қозғалысы кезінде вагонға қатысты қозғалмай отырған жолаушы ол тежелген кезде оны әлдене вагонның қозғалыс бағытында козғалуға мәжбүр еткендей болады. Өзінің орнында қалуы үшін жолаушыға әрекет етуге тура келеді. Тежелген пойызбен байланыскан санақ жүйесіндегі жолаушыға бұл үдеуді тудыратын басқа денелердің әрекеті болмаса да, оның үдемелі қозғалысы байқалады. Бұл вагонмен байланысқан санақ жүйесінде Ньютонның бірінші заңының орындалмайтынын көрсетеді.

Сонымен, Ньютонның бірінші  заңы инерциялық санақ жүйесі деп аталатын жаңа ұғымды енгізуге мүмкіндік береді.

Денеге басқа денелер әрекет етпегенде немесе олардың әрекеті теңгерілгенде, дене бірқалыпты және түзусызықты қозғалатын (немесе тыныштық күйін сақтайтын) санақ жуйесі инерциялық санақ жүйесі ретінде алынады..

Алайда идеал инерциялық санақ жүйелерінің болуы мүмкін емес, өйткені олардың әрқайсысы міндетті түрде баска санақ жүйелерімен әрекеттеседі. Сондықтан қарастырылатын мәселелер ауқымында инерциялық деп есептелетін санақ жүйесін көрсету қажет болады.

Жер тұрғындары, күнделікті өмірдегі іс-әрекетінде денелер қозғалысын, әдетте, Жер бетіне қатысты қарастырады. Жермен байланысқан санақ жүйесінде дененің жылдамдығы оған баска денелердің әрекет етуі аркылы өзгеретінін білеміз. Бұл санақ жүйесіне қатысты тыныштық күйінде болған бірде-бір дененің жылдамдығы күштің әрекетінсіз өзгермейді. Бұдан: "Жермен байланыскан санақ жүйесін инерциялық санақ жүйесі деп есептеуге болады" деген қорытынды шығады. Егер жермен байланысқан санақ жүйесін инерциялық деп есептесе, онда оған қатысты тұрақты жылдамдықпен қозғалып келе жатқан кез келген санақ жүйесін инерциялық санак жүйесі деп қарастыруға болады. Жерге қатысты біркалыпты және түзусызықты қозғалып келе жатқан пойыз оның мысалы бола алады. Алайда пойыз өзінің қозғалыс жылдамдығын арттырғанда немесе азайтқанда, яғни а ≠ 0 болғанда, онымен байланысқан санак жүйесі инерциялы болмайтынын ескерген жөн.^[1]

 
Жердің тәуліктік және жылдық қозғалысы маңызды орын алатын астрономиялық бақылаулар үшін Жерді инерциялық санақ жүйесі деп қарастыра алмаймыз. Тәжірибелер жеткілікті дәлдікпен координаталар басы Күн центрімен байланысқан және осьтері жұлдыздарға бағытталған санақ жүйесін — гелиоцентрлік санақ жүйесін инерциялық санақ жүйесі деп есептеуге болады. Гелиоцентрлік санақ жүйесі де идеал инерциялық санақ жүйесі болып табылмайды. Өйткені Күн де Ғалам центріне қатысты орбита бойымен айналады.^[2]