Mitteinertsiaalsed taustsüsteemid ja näilised jõud
Newtoni seadused kehtivad täpselt ainult inertsiaalsetes taustsüsteemides; kiirenev või pöörlev vaatleja saab neid siiski kasutada, lisades näilise jõu, mis eksisteerib puhtalt selle taustsüsteemi enda kiirenduse tõttu ja kaob täielikult, kui vaadata seda inertsiaalsest taustsüsteemist.
Practise this conceptNewtoni teine seadus, F = ma, kehtib täpselt ainult inertsiaalsetes taustsüsteemides — nendes, mis liiguvad ühtlase kiirusega, ilma omaenda kiirenduseta. Vaatleja, kes ise kiireneb, nagu reisija pidurdavas autos, või pöörleb, nagu karussellil seisja, leiab, et ümbritsevad kehad näivad kiirenevat viisidel, mida F = ma ei suuda seletada, kasutades ainult kohal olevaid tõelisi jõude. Selle asemel, et Newtoni seadusest loobuda, hoiab füüsika võrrandi alles ja lisab parandusliikme — näilise jõu, mis võrdub miinus taustsüsteemi enda massi ja selle kiirenduse korrutisega ja mis eksisteerib puhtalt arvepidamise vahendina liikumise kirjeldamiseks kiireneva vaatepunkti seest.
"Näiline" kirjeldab, kust jõud pärineb, mitte seda, kas selle mõjud on tõelised. Reisija, kes lendab turvavöö vastu, kui auto järsult pidurdab, kogeb täiesti tõelist aeglustumist; turvavöö avaldab täiesti tõelist jõudu. Näiline on selle omistamine mingile jõule, mis lükkab reisijat edasi — tee inertsiaalsest taustsüsteemist ei lükka reisijat miski üldse. Tema keha inerts lihtsalt hoiab teda liikumas auto algsel kiirusel, samal ajal kui auto (ja turvavöö) tema ümber aeglustub, ning turvavöö täiesti tõeline jõud ongi see, mis aeglustab seejärel ka reisijat.
Tsentrifugaaljõud pöörleval karussellil on sama lugu. Maapinnalt on tegelik füüsika lihtne: hõõrdumine (või käepide) annab tõelise, sissepoole suunatud tsentripetaaljõu, mis hoiab sõitjat ringjooneliselt liikumas, täpselt nagu tsentripetaaljõud alati toimib. Sõitja enda pöörlevast vaatepunktist ei ole sellist sissepoole suunatud jõudu näha — ta tunneb end paigal olevat — seega tuleb välja mõelda väljapoole suunatud tsentrifugaaljõud, et seletada, miks ta tunneb end ikkagi välisserva vastu surutuna. Mõlemad kirjeldused ennustavad sama füüsikalist tulemust; need erinevad ainult selle poolest, milline taustsüsteem arvestust peab, ja just taustsüsteemi vahetamine paneb selle "lisajõu" ilmuma või kaduma.
Key ideas
Requires: Newtoni teine seadus
Common misconceptions
- Näilised jõud ei ole reaalsed selles mõttes, et neil ei ole kehadele mõõdetavat mõju.
- Tsentrifugaaljõud on tõeline väljapoole suunatud jõud, mis on olemas igas taustsüsteemis.
- Newtoni seadused töötavad muutmata kujul igas taustsüsteemis.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- Meteoroloogia ja klimatoloogia alusedLOOM.02.240
- GlobaalfüüsikaLTFY.01.005
- Analüütiline mehaanikaLTFY.04.016
- GlobaalfüüsikaLTTO.00.025