ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Выбор системы отсчета из "Физические основы механики " Как уже было отмечено ( 7), в динамике выбор системы отсчета может играть существенную роль. Пользуясь различными системами отсчета, мы обнаружим, что одни и те же тела по отношению к этим различным системам отсчета движутся, вообще говоря, по-разному. Значит, и законы движения этих тел в разных системах отсчета, вообще говоря, оказываются различными. Та важная роль, которую может играть выбор системы отсчета, впервые стала ясной благодаря Копернику. Он заменил связанную с Землей систему отсчета, которой пользовался Птолемей, другой системой отсчета, связанной с Солнцем и звездами. Этим Коперник достиг радикального упрощения описания характера движения планет. [c.64] Решающий шаг в этом важном вопросе сделал Ньютон. [c.64] Впрочем, у этой системы отсчета есть и другое конкурируюш,ее название, которое применяется достаточно широко. Эту систему отсчета часто называют неподвижной. Конечно, термин неподвижная система отсчета имеет смысл, только если суш,ествует другая система отсчета, относительно которой первая действительно является неподвижной. Для коперниковой системы отсчета эту другую систему отсчета можно указать. Можно полагать, что вся масса небесных тел по отношению к коперниковой системе отсчета обладает в среднем нулевой скоростью. Поэтому по отношению ко всей массе небесных тел коперникову систему отсчета можно называть неподвижной . Чтобы не забывать некоторой условности этого термина, мы будем брать его в кавычки. [c.65] Однако помимо коперниковой, или неподвижной , системы отсчета, которой мы будем пользоваться при рассмотрении движений небесных тел, в других случаях оказывается целесообразным применять иные системы отсчета, например, систему отсчета, связанную с Землей (при рассмотрении движения тел вблизи поверхности Земли). Начало прямоугольной системы координат в этом случае жестко связано с центром Земли, а три оси координат либо неизменно направлены на три удаленные звезды, либо жестко связаны с теми тремя точками земного шара, в которых эти оси выходят на поверхность земного шара. Очевидно, в первом случае система координат не вращается относительно Солнца и звезд, а совершает поступательное движение, следуя за движением центра Земли по ее орбите. Во втором случае система координат вращается вместе с земным шаром. Мы будем пользоваться как той, так и другой из этих систем отсчета, называя первую земной невращающей-ся , а вторую — земной вращающейся . [c.65] Поскольку обе эти системы отсчета движутся относительно коперниковой системы отсчета, то тела, движение которых мы рассматриваем, в каждой из этих систем отсчета могут двигаться не так, как они движутся в коперниковой системе отсчета. Поэтому, приступая к изучению законов динамики, целесообразно все движения рассматривать в одной и той же системе отсчета. В самом деле, нам предстоит, наблюдая различные движения, установить те общие закономерности, которым все эти движения подчиняются. Ясно, что эта задача будет усложнена, если мы будем пользоваться различными системами отсчета, в которых одни и те же тела движутся по-разному установление общих закономерностей движений будет затруднено теми различиями, которые вносит в рассматриваемые движения применение различных систем отсчета. [c.65] Как было отмечено, под системой отсчета обычно понимают не только тела отсчета и связанную с ними систему координат, но и совокупность тех инструментов, с помощью которых определяются координаты движущейся точки и моменты прохождения движущейся точки через данную точку системы координат, т. е. линейки, часы, источники сигналов для синхронизации часов и т. д. Напомним, что при этом должны соблюдаться условия применения этих инструментов, сформулированные н конце 7. [c.66] мы начинаем изучение законов движения с рассмотрения различных движений, но будем относить все рассматриваемые движения к коперниковой системе отсчета, отличающейся тем преимуществом, что общие характерные черты всех движений именно при наблюдении этих движений в коперниковой системе отсчета выступают наиболее отчетливо. Это существенно упрощает установление законов движений. Нужно, однако, иметь в виду, что таким путем мы найдем законы движения, относительно которых мы вправе утверждать, что они справедливы лишь в коперниковой системе отсчета. Чтобы решить вопрос, будут ли справедливы найденные таким образом законы движения в других системах отсчета, потребуется специальное рассмотрение. Как будет показано в результате этого рассмотрения ( 27), помимо коперниковой системы отсчета существует обширный класс систем отсчета, в котором справедливы все те законы движения и следующие из этих законов выводы, которые справедливы в коперниковой системе отсчета. [c.66] Конечно, коперникова система отсчета хотя и является преимущественной, но только пока мы ограничиваемся движениями в пределах солнечной системы. Если бы нам предстояло рассматривать движения небесных тел, лежащих за пределами солнечной системы, то вполне вероятно, что преимуществами, которые дает коперникова система при рассмотрении движений в пределах солнечной системы, обладала бы система отсчета, связанная не с Солнцем и звездами, а с какими-то другими звездными системами. Но поскольку мы ограничиваемся рассмотрением движений, происходящих в пределах солнечной системы, коперникова система отсчета сохраняет за собой положение преимущественной (но отнюдь не единственной). Преимущество жеее перед другими системами отсчета выражается в том, что свойства всякой другой системы отсчета проще всего можно будет выяснить, зная, как эта система отсчета движется по отношению к коперниковой и каковы причины этого движения. [c.67] Приступая к изучению законов движения, мы должны не только остановить свой выбор на одной определенной системе отсчета, но и сделать выбор в отношении тех тел, которые будут служить объектами при изучении движений. Очевидно, из всего разнообразия тел, движение которых рассматривается в механике, целесообразно выделить такие тела, для которых закономерности движения оказываются наиболее простыми. Естественно, что для таких тел нам легче всего удастся установить законы движения. Вообще говоря, характер движения протяженных тел может существенно зависеть от их размеров и формы наиболее же простыми для описания и рассмотрения должны быть такие движения, характер которых от размеров и формы движущихся тел не зависит. В таких случаях, как было указано ( 1), мы можем заменить эти протяженные тела материальными точками — воображаемыми телами, не имеющими размеров, но обладающими такой же массой, как и протяженное тело, движение которого мы изучаем. При этом, поскольку от размеров и формы этих протяженных тел характер движений не зависит, замена их материальными точками не искажает рассматриваемой картины движений и не лишает нас возможности изучать эти движения, но, как сказано, значительно упрощает эту задачу. Поэтому в этой главе при изучении законов Ньютона, а также во всех следующих главах, вплоть до гл. ХП, движение протяженных тел мы будем сводить к движению материальных точек, т. е. будем решать те задачи, которые составляют предмет механики точки. [c.67] Таким образом, если материальную точку мы будем представлять себе буквально, то вместо конкретного и четкого представления о силах, возникающих в результате деформации тел, мы должны будем пользоваться представлением о силах, не имея возможности объяснить их происхождение. Между тем для полноты физической картины, которая дальше будет развита, необходимо ясно представлять себе не только результат действия сил, но и причины возникновения сил. Чтобы сохранить возможность говорить о деформациях, которые во многих случаях являются причиной возникновения сил, мы введем представление о материальной точке, понимая его, однако, не буквально. Мы условимся, что под материальной точкой следует понимать не точку, а протяженные тела, но ограничимся рассмотрением только таких движений этих протяженных тел, характер которых не зависит от размеров и формы тел. [c.68] Вернуться к основной статье