Какие силы в механике сохраняют свое значение при переходе из одной инерциальной системы в другую?

При переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую сохраняют свое значение только силы, которые являются внутренними для системы или не зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Такие силы называются инерциальными силами и включают в себя силу тяжести, электромагнитные силы, силы реакции опоры и другие. Напротив, некоторые силы, такие как сила трения, сила реакции связей и другие, могут изменять свое значение при переходе из одной инерциальной системы в другую из-за изменения условий движения объекта.

В механике, когда мы рассматриваем переход из одной инерциальной системы отсчета в другую, важно понимать, какие силы сохраняют свое значение, а какие могут изменяться. Прежде всего, напомним, что инерциальные системы отсчета — это такие системы, в которых тело, не подвергающееся действию внешних сил, движется равномерно и прямолинейно или покоится.

Основные силы, сохраняющие свое значение:

1. Гравитационные силы: Гравитационные силы, действующие между двумя массами, зависят только от масс этих объектов и расстояния между ними. Они описываются законом всемирного тяготения Ньютона: [ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} ] где ( F ) — сила гравитации, ( G ) — гравитационная постоянная, ( m_1 ) и ( m_2 ) — массы объектов, ( r ) — расстояние между ними. Поскольку ни массы объектов, ни расстояние между ними не зависят от выбора инерциальной системы отсчета, гравитационные силы сохраняют свое значение при переходе из одной инерциальной системы в другую.

2. Электрические и магнитные силы (в рамках классической электродинамики): Электрические силы между заряженными частицами описываются законом Кулона: [ F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2} ] где ( k_e ) — коэффициент пропорциональности (зависит от системы единиц), ( q_1 ) и ( q_2 ) — заряды, ( r ) — расстояние между зарядами. Поскольку заряды и расстояние между ними не зависят от инерциальной системы отсчета, электрические силы также сохраняются.

   Магнитные силы в классической электродинамике могут изменяться при переходе между инерциальными системами отсчета из-за зависимости от скорости зарядов, но в рамках общей теории относительности и при учете преобразований Лоренца, электромагнитное поле в целом преобразуется таким образом, что его физические законы остаются инвариантными.

Силы, не сохраняющие свое значение:

1. Силы инерции: В неинерциальных (ускоренных) системах отсчета появляются так называемые инерционные силы, такие как сила Кориолиса и центробежная сила. Эти силы зависят от ускорения системы отсчета и не имеют аналогов в инерциальных системах, поэтому их значение меняется при переходе к другой системе отсчета. В инерциальных системах отсчета такие силы отсутствуют вообще.

2. Силы трения: Силы трения зависят от нормальной силы и коэффициента трения между поверхностями. Хотя нормальная сила сама по себе может сохраняться, направление и значение силы трения могут изменяться из-за изменения относительных скоростей поверхностей в разных системах отсчета.

Заключение:

Основные силы, сохраняющие свое значение при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, включают гравитационные силы и электрические силы (в рамках классической электродинамики). Эти силы зависят только от параметров, которые не изменяются при смене инерциальной системы отсчета. Силы инерции и силы трения могут изменяться или даже полностью исчезать в зависимости от выбранной системы отсчета.

Силы инерции сохраняют свое значение при переходе из одной инерциальной системы в другую.