Номер 3, страница 71 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

3. В каких случаях система отсчета, связанная с автомобилем, является инерциальной, если автомобиль:

а) равномерно движется по шоссе;

б) равноускоренно и прямолинейно движется по дороге;

в) совершает разворот;

г) равномерно движется в гору;

д) равномерно спускается с горы;

е) равноускоренно спускается с горы?

Решение

Инерциальной системой отсчета (ИСО) называется такая система, в которой выполняется первый закон Ньютона: любое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела (силы) или действие этих сил скомпенсировано.

Любая система отсчета, которая движется относительно ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно, также является инерциальной. Это означает, что для того, чтобы система отсчета, связанная с автомобилем, была инерциальной, сам автомобиль должен двигаться с постоянным вектором скорости ($ \vec{v} = \text{const} $), то есть без ускорения ($ \vec{a} = 0 $). Ускорение возникает как при изменении модуля скорости (разгон или торможение), так и при изменении направления скорости (поворот).

Рассмотрим каждый случай:

а) равномерно движется по шоссе

Если предположить, что участок шоссе прямой, то равномерное движение означает движение с постоянной по модулю и направлению скоростью. Следовательно, вектор скорости постоянен ($ \vec{v} = \text{const} $), а ускорение равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). В этом случае система отсчета является инерциальной.

Ответ: является инерциальной.

б) равноускоренно и прямолинейно движется по дороге

Слово "равноускоренно" означает, что модуль скорости автомобиля изменяется со временем, то есть у автомобиля есть постоянное, не равное нулю, ускорение ($ \vec{a} = \text{const} \neq 0 $). Такая система отсчета является неинерциальной.

Ответ: не является инерциальной.

в) совершает разворот

При развороте изменяется направление вектора скорости, даже если модуль скорости (показания спидометра) остается постоянным. Изменение направления вектора скорости означает наличие центростремительного ускорения ($ a_ц \neq 0 $). Следовательно, система отсчета, связанная с автомобилем, не является инерциальной.

Ответ: не является инерциальной.

г) равномерно движется в гору

Если подъем в гору происходит по прямой траектории, то "равномерное движение" означает движение с постоянным вектором скорости ($ \vec{v} = \text{const} $). Ускорение автомобиля равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). Система отсчета, связанная с ним, является инерциальной.

Ответ: является инерциальной.

д) равномерно спускается с горы

Аналогично предыдущему пункту, если спуск с горы происходит по прямой траектории и с постоянной скоростью, то вектор скорости постоянен ($ \vec{v} = \text{const} $), а ускорение равно нулю ($ \vec{a} = 0 $). Система отсчета является инерциальной.

Ответ: является инерциальной.

е) равноускоренно спускается с горы

"Равноускоренно" означает, что автомобиль движется с постоянным, не равным нулю, ускорением ($ \vec{a} = \text{const} \neq 0 $). Система отсчета, связанная с ним, является неинерциальной.

Ответ: не является инерциальной.