Кто видит только круглые объекты в движении: Кто видит только круглые обьекты в движении

Содержание

Паранормальное явление или неисправность камеры: Сотрудники керченского музея пожаловались на «призрака»

Комсомольская правда

ОбществоКАРТИНА ДНЯ

4 июля 2020 7:25

Белые пятна регулярно замечают в зале античных надгробий [видео]

В верхнем левом углу можно увидеть то самое белое пятно, которое пугает сотрудников музея. Фото: скриншот из видео, предоставленного музеем

Светящиеся пузыри, белые объекты и брызги, летающие из угла в угол, — все это регулярно видят сотрудники керченского музея каменных древностей.

Паранормальные экспонаты, ожившие ночью в зале античных надгробий, не на шутку пугают специалистов музея. На записи с камер видеонаблюдения ночью виден белый мутный объект, а специалисты до сих пор не могут дать объяснение такому явлению.

Впервые светящееся пятно заметили три года назад, а сейчас оно регулярно появляется по ночам. При этом попадание уличных лучей в зал исключено, а дополнительный свет и вовсе не освещает помещение ночью.

Некоторые сотрудники ссылаются на античные мифы, а вот заведующая отделом «Лапидарий» Нина Кучеревская, верит в то, что это обычные погрешности камеры:

— Поскольку я убежденный материалист, мне привычнее считать причиной необычных явлений, фиксируемых одной из камер видеонаблюдения, технические характеристики оборудования. Возможно, какие-то погрешности в настройках камеры. Думаю, каскады разлетающихся веером размытых пятен — это микроскопические частицы влаги. «Загадочные» явления мы наблюдаем, как правило, в апреле — начале июня. В этот период отопительный сезон закончен, строительные конструкции набирают влагу, скопившийся за день конденсат вполне может перемещаться в воздухе, попадая в сферу инфракрасной подсветки камеры, — рассказывает завотделением музея.

Если разлетающиеся белые пятна Нина Кучеревская может объяснить технической неисправностью камеры, то ей сложно было дать такое же объяснение появлению сгустков света в виде парных полусфер, оставляющих на полу световой след аналогичной формы.

— В музее их даже прозвали «летающими тарелками». Они парят в воздухе, залетают в макет храма Аполлона, и концентрируются именно в этом участке экспозиции, — продолжает Кучеревская.

Загадочное явление, которое никто не может объяснить, обычно видят весной

Видео предоставлено сотрудниками керченского музея

Специалисты службы безопасности, обслуживающие систему видеонаблюдения в Лапидарии, утверждают, что с подобными эффектами они столкнулись впервые и только в керченском музее. Объяснять их они тоже не смогли.

Автор: Александра Тимощенко

Стали свидетелем происшествия или хотите сообщить об интересном событии? Пишите на WhatsApp, Viber, Telegram +7 978 907 52 50

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Человекообразные призраки тянутся к людям, люди — к призракам

В уходящем году видеоролики с привидениями стали невероятно популярными (подробнее)

Призрак покойного мужа не пускал домой жительницу Озерска

Но спасатели смогли его «одолеть» (подробнее)

Почему у животных зрачки разной формы? — Троицкий вариант — Наука

У одних существ зрачки круглые, у других вытянуты вертикально, как мяч для регби, а у многих — узкие щелочки. Принято считать, что вертикальные щелевидные зрачки возникли как адаптация к ночному образу жизни, поскольку позволяют защитить чувствительную сетчатку от слепящего дневного света. Круглые зрачки сжимают кольцевые мышцы, а щелевидный снабжен двумя дополнительными мышцами, стягивающими отверстие в поперечном направлении, благодаря чему щелевидный зрачок можно сузить сильнее, чем круглый. Домашняя кошка и геккон, животные с вертикальными зрачками, могут изменить их площадь в 135 и 300 раз соответственно, а человек — только в 15.

Специалисты Сиднейского университета усомнились в общепринятой гипотезе [1]. По их мнению, хорошо сжимаемый зрачок полезен скорее не ночным животным, а полифазным, то есть активным и ночью и днем. Кроме того, для хорошего ночного видения важен не столько просвет зрачка, сколько некоторые морфологические особенности глаза и строение сетчатки. У ночных животных она состоит в основном из чувствительных палочек, позволяющих видеть при низкой освещенности, а у дневных животных — из колбочек, обеспечивающих цветное зрение при ярком свете. Ученые предположили, что эволюции вертикальной формы зрачка способствовали полифазная активность и охота из засады.

В пользу охоты у исследователей было два аргумента. Узкие вертикальные зрачки днем проецируют на сетчатку более резкое изображение горизонтальных линий, чем круглые, а для животных, ожидающих в засаде, очень важно отслеживать движения в этой плоскости. Также вертикальная щель зрачка маскирует глаз, зрительно разбивая его круглую форму, и выполняет роль камуфляжа, что полезно большинству хищников.

Свои предположения исследователи проверили на 127 видах австралийских змей. Они изучили фотографии рептилий, музейные образцы и описания образа жизни и соотнесли форму зрачков со способом охоты и временем суточной активности животных.

Оказалось, что большинство австралийских змей с вертикальными зрачками охотятся из засады по ночам, а змеи с круглыми зрачками ведут дневной образ жизни и активно ищут добычу. При этом способ охоты влияет на форму змеиных зрачков в большей степени, чем время активности, поскольку многие активно охотящиеся круглозрачковые змеи не ведут дневного образа жизни, как можно было бы ожидать.

Поскольку вертикальные зрачки позволяют более четко видеть в широком диапазоне освещенности, исследователи предположили, что они встречаются преимущественно у полифазных видов, однако это — приспособление ночных змей. Возможно, ночным рептилиям приходится иногда и днем бодрствовать. Кроме того, время активности змей могли определить неправильно: для этого их нужно сначала отыскать, когда они лежат в засаде, что непросто.

Австралийские ученые допустили, что обнаруженные ими закономерности справедливы не только для змей, и призвали коллег продолжить исследования зрения позвоночных. Эстафету приняли специалисты Даремского университета (Англия) и Калифорнийского университета в Беркли (США). В статье с абсолютно киплинговским названием «Почему у животных зрачки разной формы» они прежде всего опровергли данные австралийцев о том, что вертикальный зрачок увеличивает глубину резкости горизонтальных линий. На самом деле глубина резкости в этом случае выше для вертикальных линий. Но даже не будь этой ошибки, гипотеза австралийских исследователей не объясняет, почему у одних животных щелевидные зрачки вертикальные, а у других — горизонтальные. Очевидно, их ориентация также важна для каких-то неизвестных целей.

Чтобы выяснить, для каких именно, исследователи проанализировали сведения о форме зрачка, суточной активности и способе питания 214 видов животных: австралийских змей, описанных в предыдущем исследовании, представителей семейств кошачьих и псовых, гиен, виверровых, парнокопытных и непарнокопытных. Они обнаружили достоверную связь между формой зрачка и экологической нишей животных (рис. 1). Горизонтальные зрачки почти всегда принадлежат травоядным пастбищным животным, таким как овцы и козы, у которых глаза расположены по бокам головы. У полифазных хищников, преследующих жертву, зрачки круглые. Животные с вертикально вытянутыми зрачками, как правило, охотятся из засады, и глаза у них расположены фронтально.

Рис. 1. Форма зрачков соответствует времени суточной активности и способу питания (Banks et al., 2015)
У домашних кошек, устраивающих засаду на мышей, зрачки вертикальные, у кошачьих, которые активно охотятся, — круглые. Вертикальные зрачки у лисицы, которая подкрадывается к добыче, но круглые — у волка, загоняющего жертву. Закономерности, обнаруженные учеными, позволяют на основании образа жизни животного предсказывать форму его зрачков.
Очевидно, преимущества вертикальной или горизонтальной ориентации щелевидных зрачков связаны с экологической нишей, которую занимает животное. Исследователи разработали компьютерную модель глаз, имитирующую появление изображения при разной форме зрачков.
Рис. 2. Фотография сделана камерой с вертикальной щелевидной апертурой, сфокусирована
на игрушечной птичке, так что
ближние и дальние объекты размыты, но вертикальные линии видны более четко, чем горизонтальные (Banks et al., 2015)
Если смотреть на мир сквозь вертикальную щель, вертикальные линии выглядят более резкими, чем горизонтальные (рис. 2). Засадным хищникам с глазами, расположенными фронтально, проще оценить расстояние до жертвы и ее горизонтальное смещение, то есть движение, именно по вертикальным линиям. Расчеты показали, что увеличение резкости вертикальных объектов, находящихся на земле, проявляется лишь в том случае, когда глаза близко к поверхности, поэтому вертикальными щелками имеет смысл обзаводиться невысоким животным. И действительно, из 65 проанализированных видов засадных хищников с фронтально расположенными глазами 44 имеют вертикальные зрачки, из них 36 видов (авторы подсчитали, что это 82%) ниже 42 см в плече. Среди 19 засадных хищников с круглыми зрачками таких низких только три вида (17%).
У травоядных свои проблемы. Они должны контролировать окрестности, вовремя заметить хищника и, если что, убежать. Их глаза расположены по бокам головы, благодаря чему животные имеют широкий панорамный обзор и вовремя замечают опасность. Кроме того, впереди у них узкая полоса бинокулярного зрения, поэтому они хорошо видят дорогу, когда спасаются от хищника по пересеченной местности. Но бежит животное или осматривается, его основное внимание обращено на землю.
Горизонтальные зрачки увеличивают количество света, поступающего спереди и с боков, но сокращают его количество сверху и снизу. Эта особенность способствует панорамному обзору и помогает заметить потенциального хищника, крадущегося по земле. Горизонтальные зрачки также повышают качество изображения горизонтальных планов, что улучшает зрение на уровне земли и создает преимущество при быстром беге.
Однако травоядные не только оглядывают окрестности, но и пасутся, постоянно наклоняясь к земле. Не теряют ли они при этом преимущества, которые дает им горизонтальный зрачок? Оказывается, нет. Когда животные наклоняются, их глаза поворачиваются так, что зрачки сохраняют горизонтальную ориентацию, при любом положении головы они параллельны земле. Чтобы выяснить, как возникали зрачки определенной формы в процессе эволюции, ученые проанализировали филогенетические древа нескольких семейств. У змей семейства аспидовых вертикальные щелевидные зрачки возникали независимо по крайней мере дважды.
Предок кошачьих был ночным или полифазным засадным хищником с вертикальными щелевидными зрачками. В процессе эволюции у видов семейства от двух до четырех раз независимо возникали вертикально вытянутые зрачки и шесть раз — круглые. Форма зрачков у кошачьих коррелирует главным образом с суточной активностью и в гораздо меньшей степени — с типом охоты, однако и разнообразие стратегий питания в этом семействе невелико.
Общий предок псовых имел вертикально вытянутые зрачки и охотился из засады. Щелевидные и круглые зрачки в ходе эволюции появлялись дважды, их форма зависит и от времени активности, и от способа охоты. Таким образом, форма зрачка независимо изменялась несколько раз в соответствии с экологической нишей, которую занимал вид, а не потому, что животные с разной формой зрачков ведут род от разных предков.
Исследователи признают, что не всем феноменам они нашли объяснение. Например, у хищных мангустов с фронтально расположенными глазами горизонтальные зрачки; у гекконов громадные круглые зрачки, которые, сжимаясь, превращаются в вертикальные щелочки с несколькими маленькими круглыми отверстиями; у каракатицы щелевидный изогнутый зрачок, напоминающий вытянутую по горизонтали букву W, ночью он округляется (рис. 3). Так что ученым предстоит интересная работа.
Рис. 3. Зрачки желтого мангуста Cynictis penicillata, мадагаскарского вельветового геккона Blaesodactylus boivini и каракатицы Sepia officinalis
1. Brischoux F., Pizzatto L., Shine R. Insights into the adaptive significance of vertical pupil shape in snakes // Journal of Evolutionary Biology. 2010. 23(9). P. 1878–1885. doi:10.1111/j.1420-9101.2010.02046.x.
2. Banks M. S., Sprague W. W., Schmoll J., Parnell J. A. Q., Love G. D. Why do animal eyes have pupils of different shapes? // Sci. Adv. 2015. 1:e1500391

См. также:
Круговое движение
Введение
Мы уже рассмотрели движение объектов, падающих в одном направлении, когда вы его бросаете, или в двух направлениях как часть маятника. Мы также рассмотрели, что происходит, когда объекты падают, одновременно двигаясь в горизонтальном направлении. В этом последнем упражнении мы объединяем все эти знания, чтобы увидеть, что происходит, когда объекты движутся по кругу: во время движения постоянно происходят изменения в горизонтальном и вертикальном направлениях, заставляя объект двигаться по круговому пути. Примерами кругового движения являются карусели или карусели в парках, автомобиль, движущийся по кругу, луна, вращающаяся вокруг Земли, или Земля, вращающаяся вокруг Солнца.
В этой статье Кэтрин Джонсон работала над поиском подходящего момента для выключения двигателя спутника, чтобы он приземлился в определенном месте на Земле. Спутники в космосе вращаются вокруг Земли так же, как Луна вращается вокруг Земли. Для этого конкретного уравнения Джонсон работал с элементарной небесной механикой, разделом астрономии, который имеет дело с объектами в космосе. Уравнение, которое она использовала, — это уравнение, в котором сначала рассматривается тело (такое, как наш спутник), на которое действует радиальная сила притяжения, пропорциональная обратному квадрату расстояния. r=p1+ e cos θ Это сложное уравнение является лишь началом в определении расстояния от спутника до центра Земли. Хотя вы можете подумать, что эллипс — это форма, отличная от круга, на самом деле круги — это особый тип эллиптической формы. Объект, который движется по кругу, будет иметь ту же среднюю скорость и высоту, что и объект на эллиптической орбите.
Для получения дополнительной информации и идей о том, как реализовать задание в классе, посмотрите видео.
Ключевые термины
Масса: Мера количества вещества (или материи), которым обладает объект. Не путать с весом или объемом. Это мера того, сколько существует фактического материала, а не того, насколько он велик или насколько сильно что-то его тянет.
Вес: Масса (количество вещества) умножается на силу притяжения планеты (гравитация). Это означает, что ваш вес на Луне будет составлять 1/6 от земного (гравитация на Луне в 0,166 раза больше, чем на Земле). Однако ваша масса останется прежней.
Сила: Толчок или притяжение объекта ощущается из-за взаимодействия с другими объектами. Если взаимодействие прекращается, то силы нет. Формально это определяется как произведение массы на ускорение. Например, гравитация — это сила, которая представляет собой притяжение Земли ко всем объектам.
Центростремительная сила: Общее название любой силы, которая тянет объекты по круговой траектории.
Сила сопротивления: Общее название любой силы, препятствующей движению объектов. Например, сопротивление воздуха, которое мы наблюдали при падении объектов в первом упражнении, или сопротивление, которое вы чувствуете, плавая в бассейне, когда вода вас замедляет.
Скорость: Мера того, насколько быстро что-то движется в определенном направлении. Не путать со скоростью, которая показывает, насколько быстро что-то движется. «Машина ехала со скоростью 65 миль в час на юг по I-95» — это мера скорости. «Американские горки двигались со скоростью 65 миль в час, когда Билли заболел» — это мера скорости.
Тангенциальная скорость: Мгновенная скорость по прямой линии объекта, движущегося по кругу. Говорят, что оно мгновенное, потому что при круговом движении направление постоянно меняется, поэтому есть ускорение и сила.
Ускорение: Скорость изменения скорости. Когда что-то ускоряется, меняется скорость или направление движения. Положительное изменение ускорения означает, что объект движется быстрее, скорость автомобиля увеличивается с 30 миль в час до 40 миль в час. Отрицательное изменение означает, что объект движется медленнее, скорость автомобиля увеличивается с 40 до 30 миль в час. Наконец, изменение направления скорости объекта без изменения скорости, например, если автомобиль движется на север и поворачивает на восток, продолжая движение, то автомобиль ускорился, потому что направление скорости автомобиля изменилось. Помните, что скорость — это вектор с направлением и величиной, поэтому изменения любого (или обоих) этих факторов вызовут ускорение.
КЛЮЧЕВОЙ ВОПРОС:
Что произойдет, если убрать центростремительную силу?
Перед выполнением задания учащиеся должны знать
Определения силы, скорости и ускорения
Гравитация Земли заставляет предметы падать и всегда притягивает прямо к полу
Сила равна массе, умноженной на ускорение, а ускорение означает изменение скорости или направления скорости объекта.
ПОСЛЕ занятия студенты должны знать
Какие переменные и силы влияют на круговое движение, а какие не влияют.
Сила, вызывающая круговое движение, направлена к центру окружности. Скорость объекта не меняется, но направление движения постоянно меняется.

Понимать направление движения объекта, движущегося по кругу, и направление движения, как только он покидает круг.

Наука, стоящая за круговым движением
В случае с падающими объектами из предыдущих действий мы узнали, что силы, действующие на объекты, были гравитацией, тянущей объекты вниз, и силой сопротивления, толкающей объекты в направлении, противоположном направлению движения. падение. В случае с маятником существовала сила, вызванная натяжением нити, и сила тяжести, тянущая объекты вниз. В случае кругового движения существует сила, которая притягивает объекты внутрь, к центру круга. Мы называем это центростремительной силой. Существование силы говорит нам о наличии ускорения: даже если объект движется с постоянной скоростью, как Луна вокруг Земли, ускорение проявляется в виде изменения направления скорости без изменения скорость. Каким бы ни был объект, если он движется по кругу, на него действует сила, заставляющая его отклоняться от прямолинейного пути, ускоряться внутрь и двигаться по круговому пути. В случае, когда Луна вращается вокруг Земли, сила земного притяжения притягивает Луну к Земле, поскольку она также движется вперед, вызывая круговое движение. Слово «центростремительный» означает только поиск центра, поэтому центростремительная сила — это любая сила, которая тянет объект по круговой траектории. В качающемся йо-йо это веревка, которая удерживает йо-йо и тянет его к точке поворота. В случае вращающихся вокруг планет или лун это сила гравитации, притягивающая вращающийся объект к объекту, вокруг которого они вращаются, что означает, что сила гравитации Земли притягивает Луну внутрь.
Эксперимент 1
Материалы
шары разных размеров и материалов (используйте разные шары из предыдущих экспериментов, чтобы увидеть, есть ли разница)
тарелки с бортиком
Материалы можно заменить любыми маленькими шариками или даже сделать из пластилина. Для пластины вы можете использовать картон, чтобы сделать обод, идея состоит в том, чтобы создать стену, которая будет направлять движение мяча, и вы также можете вырезать в ней отверстие, чтобы увидеть, что произойдет, когда мяч вылетит через отверстие.
Настройка
В классе попросите учащихся работать в группах. Дайте им время подумать о примерах кругового движения и обсудите с классом, какие силы участвуют в движении мяча. Решите всем классом, как вы собираетесь проверять, есть ли сила, заставляющая мяч двигаться по кругу — наука происходит в сообществе!

Чтобы понять, что происходит, когда вы убираете центростремительную силу, учащиеся сначала должны понять, что заставляет объекты двигаться по окружности. Например, шарик можно заставить двигаться по кругу, если толкнуть шарик, удерживаемый круглым объектом, например тарелкой. Мрамор будет следовать по круговой траектории, потому что поверхность мрамора давит на поверхность пластины.
Возьмите тарелку с бортиком и положите на тарелку один из шариков. Слегка толкните мяч и наблюдайте за траекторией движения.
Подумайте, какие силы вызывают движение — вы можете предложить учащимся подумать о контакте мяча с тарелкой и о том, чем он отличается от силы воздуха, контактирующей с падающим листом бумаги, в первом задании. Подумайте о том, каково направление движения, направление скорости и как это связано с направлением силы.

Используйте вторую тарелку и сделайте вырез на краю тарелки. Повторите предыдущие шаги: слегка толкните мяч и наблюдайте за его движением.
Мяч все еще движется по кругу? Что происходит с мячом, когда он попадает в вырезанную часть? Попросите учащихся нарисовать предсказание, в каком направлении будет двигаться мяч, когда он выйдет из выреза.
Всегда ли мяч выходит через вырез? Изменяется ли оно в зависимости от того, насколько быстро или медленно движется мяч? Когда мяч вылетает, он всегда следует одной и той же траектории или она меняется в зависимости от того, как быстро он движется?

Эксперимент 2.
Вращение виффлбола
Во втором эксперименте мы просим учащихся спланировать эксперимент, чтобы проверить, в каком направлении полетит вифлбол, если вы отпустите веревку во время его вращения. Как и в первом эксперименте, мы хотим, чтобы учащиеся поразмышляли над тем, какие силы действуют на виффлбол, когда они его крутят, и что произойдет, если они отпустят веревку. Они также должны учитывать, будет ли мяч вести себя по-разному, если они будут вращать его вертикально или горизонтально. Обратите внимание, что если они дадут мячу дополнительный толчок, прежде чем отпустить струну, это повлияет на движение виффлбола. Учащиеся должны понимать разницу между тем, чтобы просто отпустить мяч, и тем, чтобы дать ему дополнительный толчок. Идея двух экспериментов состоит в том, чтобы понять движение объектов по кругу и то, как при круговом движении сила на самом деле вызывается постоянным изменением направления скорости.

Мы снова просим учащихся подумать, на какие вопросы они пытаются ответить, посмотреть, какие материалы у них есть, и спланировать эксперимент, используя эти материалы, чтобы ответить на исследовательский вопрос. Мы просим студентов использовать научный метод в качестве ориентира для планирования эксперимента.
Научный метод состоит из пяти основных шагов плюс один шаг обратной связи:

Сделайте наблюдение.
Задать вопрос.
Сформулируйте гипотезу или проверяемое объяснение.
Сделайте прогноз на основе гипотезы.
Проверить предсказание.
Итерация: используйте результаты для выдвижения новых гипотез или прогнозов.
Предупреждение
Убедитесь, что вокруг вас достаточно места, чтобы размахивать вифлболом.
Материалы
Струна
Шарик для вифле
Камера для записи эксперимента (опционально)
Материалы можно заменить любым небольшим предметом, к которому можно привязать веревку или даже сделать из пластилина.
Возьмите веревку и прикрепите ее к ватрушке. Убедитесь, что веревка натянута так, чтобы вифлбол не слетел.
Вращайте веревку с прикрепленным к ней вифлболом. Попробуйте вращать его в горизонтальном и вертикальном направлениях. Попросите учащихся предсказать, куда улетит вифлбол, если они отпустят веревку, и изменится ли направление в зависимости от положения руки/ваффлбола, когда они отпустят веревку.

Подготовьте камеру к записи
Проведите несколько тестов, отпуская струну, когда вы вращаете струну вертикально и горизонтально. Сохраняя круговое движение, вам нужно вращать виффлбол как можно медленнее, чтобы ваша группа действительно могла определить правильную точку выпуска. Позвольте струне двигаться в разных положениях, например, при вращении вверх или вниз, или когда она находится дальше всего от вас при вращении по горизонтали. Вифлбол движется в разных направлениях? Имеет ли значение, вращаетесь ли вы по часовой стрелке или против часовой стрелки?
Проверьте свою догадку с помощью шарика для вифлинга. Проведите эксперимент несколько раз, чтобы убедиться, что вы знаете, что происходит на самом деле.
Учащиеся должны подумать о предметах, движущихся по кругу, и определить, в каком направлении действует сила и в каком направлении находится скорость.

Научные стандарты следующего поколения
Стандарт производительности NGSS HS-PS2-1, в котором второй закон Ньютона применяется к движению объекта по кругу, MP8 и SP3.
ГС-ESS1-4. Используйте математические или вычислительные представления, чтобы предсказать движение орбитальных объектов в Солнечной системе.
Соответствующие мероприятия по расширению
https://colab.research.google.com/drive/198i8uxglkqkbv2ed8l0jpxlvsgwsyigg?usp=sharing
Кэтрин Джонсон. Курс Физика #7
Математика кругового движения
Механика: движение, силы, энергия и гравитация, от частиц до планет
Моделирование
Гравитация и орбиты
Движение в 2D
Революция божьей коровки по кругу испытывает ускорение. Даже если двигаться по периметру круга с постоянной скоростью, все равно происходит изменение скорости и, следовательно, ускорение.
Это ускорение направлено к центру окружности. А согласно второму закону движения Ньютона, объект, испытывающий ускорение, также должен испытывать результирующую силу. Направление чистой силы совпадает с направлением ускорения. Таким образом, для объекта, движущегося по кругу, должна быть внутренняя сила, действующая на него, чтобы вызвать его внутреннее ускорение. Иногда его называют 9.0013 требование к центростремительной силе . Слово центростремительный (не путать с F-словом центробежный ) означает поиск центра. Для объекта, движущегося по кругу, есть результирующая сила, действующая к центру, которая заставляет объект искать центр.

Чтобы понять важность центростремительной силы, важно хорошо понимать первый закон движения Ньютона — закон инерции . Закон инерции гласит, что…

… движущиеся объекты имеют тенденцию оставаться в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на них не действует неуравновешенная сила.

Согласно первому закону движения Ньютона, естественной тенденцией всех движущихся объектов является продолжать движение в том же направлении, в котором они движутся… движение от своего прямолинейного пути. Движущиеся объекты имеют тенденцию естественным образом двигаться по прямым линиям; неуравновешенная сила требуется только для того, чтобы заставить его вращаться. Таким образом, для движения объектов по кругу требуется наличие неуравновешенной силы.

Инерция, сила и ускорение для пассажира автомобиля

Идея, выраженная законом инерции Ньютона, не должна нас удивлять. Мы сталкиваемся с этим явлением инерции почти каждый день, когда ведем машину. Например, представьте, что вы — пассажир автомобиля на светофоре. Свет загорается зеленым, и водитель ускоряется из состояния покоя. Автомобиль начинает разгоняться вперед, но относительно сиденья, на котором вы находитесь, ваше тело начинает отклоняться назад.

Ваше тело, находящееся в состоянии покоя, имеет тенденцию оставаться в покое. Это один из аспектов закона инерции: «объекты в состоянии покоя стремятся оставаться в покое». Когда колеса автомобиля вращаются, создавая движущую силу, действующую на автомобиль и вызывающую ускорение вперед, ваше тело старается оставаться на месте. Вам, конечно, может показаться, что ваше тело испытывает обратную силу, заставляющую его ускоряться назад. Тем не менее, вам было бы трудно идентифицировать такую обратную силу, действующую на ваше тело. Действительно нет ни одного. Ощущение отбрасывания назад — это просто тенденция вашего тела сопротивляться ускорению и оставаться в состоянии покоя. Автомобиль ускоряется из-под вашего тела, оставляя вас с ложным ощущением того, что вас толкают назад.

Теперь представьте, что вы находитесь в той же машине, которая движется с постоянной скоростью и приближается к светофору. Водитель нажимает на тормоза, колеса автомобиля блокируются, и автомобиль начинает буксовать до полной остановки. На движущуюся вперед машину действует сила, направленная назад, а затем на машину действует обратное ускорение. Однако ваше тело, находясь в движении, имеет тенденцию продолжать движение, пока автомобиль буксует до полной остановки. Вам, конечно, может показаться, что ваше тело подвергается действию направленной вперед силы, заставляющей его двигаться вперед с ускорением. И все же вам снова будет трудно идентифицировать такую поступательную силу, действующую на ваше тело. Действительно, нет никакого физического объекта, ускоряющего вас вперед. Ощущение того, что вас бросает вперед, — это просто тенденция вашего тела сопротивляться замедлению и оставаться в состоянии движения вперед. Это второй аспект закона инерции Ньютона: «тело в движении имеет тенденцию оставаться в движении с той же скоростью и в том же направлении…». Неуравновешенная сила, действующая на автомобиль, заставляет его замедляться, в то время как ваше тело продолжает движение вперед. Вы снова остаетесь с ложным ощущением того, что вас толкают в направлении, противоположном вашему ускорению.

Эти два сценария вождения показаны на следующем рисунке.

В каждом случае — при трогании автомобиля с места и при торможении движущегося автомобиля до остановки — направление, в котором наклоняются пассажиры, противоположно направлению ускорения. Это всего лишь результат инертности пассажира — склонности сопротивляться ускорению. Наклон пассажира — это не ускорение само по себе, а тенденция сохранять состояние движения, пока автомобиль совершает ускорение. Тенденция тела пассажира сохранять свое состояние покоя или движения, в то время как окружающая среда (автомобиль) ускоряется, часто неверно истолковывается как ускорение. Это становится особенно проблематичным, когда мы рассматриваем третий возможный опыт инерции пассажира в движущемся автомобиле — левый поворот.

Предположим, что на следующем участке пути водитель автомобиля делает резкий поворот налево с постоянной скоростью. Во время поворота автомобиль движется по круговой траектории. То есть машина проезжает четверть круга. Сила трения, действующая на вращающиеся колеса автомобиля, вызывает неуравновешенную силу на автомобиль и последующее ускорение. Неуравновешенная сила и ускорение направлены к центру окружности, вокруг которой вращается автомобиль. Ваше тело, однако, находится в движении и имеет тенденцию оставаться в движении. Именно инерция вашего тела — склонность сопротивляться ускорению — заставляет его продолжать движение вперед. Пока автомобиль ускоряется внутрь, вы продолжаете движение по прямой. Если вы сидите с пассажирской стороны автомобиля, то в конечном итоге внешняя дверь автомобиля ударит вас, когда машина повернется внутрь. Это явление может заставить вас думать, что вы получаете ускорение от центра круга. На самом деле вы продолжаете свой прямолинейный инерционный путь по касательной к окружности, в то время как автомобиль ускоряется из-под вас. Ощущение внешней силы и внешнего ускорения есть ложное ощущение. Нет физического объекта, способного вытолкнуть вас наружу. Вы просто испытываете тенденцию вашего тела продолжать движение по касательной к круговой траектории, по которой поворачивает машина. Вы снова остаетесь с ложным ощущением того, что вас толкают в направлении, противоположном вашему ускорению.

Центростремительная сила и изменение направления

На любой объект, движущийся по кругу (или по круговой траектории), действует центростремительная сила . То есть есть какая-то физическая сила, толкающая или притягивающая объект к центру круга. Это требование центростремительной силы. Слово центростремительный — это просто прилагательное, используемое для описания направления силы. Мы не представляем новый тип силы, а скорее описывает направление чистой силы, действующей на объект, который движется по кругу. Каким бы ни был объект, если он движется по кругу, на него действует некоторая сила, заставляющая его отклоняться от своего прямолинейного пути, ускоряться внутрь и двигаться по круговому пути. Три таких примера центростремительной силы показаны ниже.


Когда автомобиль совершает поворот, сила трения, действующая на повернутые колеса автомобиля, создает центростремительную силу, необходимую для кругового движения.	Поскольку ведро с водой привязано к веревке и вращается по кругу, сила натяжения, действующая на ведро, создает центростремительную силу, необходимую для кругового движения.	Когда Луна вращается вокруг Земли, сила тяжести, действующая на Луну, создает центростремительную силу, необходимую для кругового движения.

Центростремительная сила для равномерного кругового движения изменяет направление объекта без изменения его скорости. Идея о том, что неуравновешенная сила может изменить направление вектора скорости, но не его величину, может показаться несколько странной. Как это могло быть? Есть несколько подходов к этому вопросу. Один из подходов предполагает анализ движения с точки зрения работы и энергии. Вспомним из Раздела 5 Учебного класса физики, что работа на 9 баллов.0013 сила , действующая на объект, вызывающая смещение . Количество работы, проделанной над объектом, определяется с помощью уравнения

Работа = Сила * смещение * косинус (тета)

, где тета в уравнении представляет собой угол между силой и смещением. Поскольку центростремительная сила действует на объект, движущийся по окружности с постоянной скоростью, сила всегда действует внутрь, поскольку скорость объекта направлена по касательной к окружности. Это означало бы, что сила всегда направлена перпендикулярно направлению смещения объекта. Угол Theta в приведенном выше уравнении равен 90 градусов, а косинус 90 градусов равен 0. Таким образом, работа центростремительной силы при равномерном круговом движении равна 0 Дж. Вспомните также из Раздела 5 Учебного класса физики, что, когда внешние силы не совершают никакой работы над объектом, полная механическая энергия (потенциальная энергия плюс кинетическая энергия) объекта остается постоянной. Таким образом, если объект движется по горизонтальному кругу с постоянной скоростью, центростремительная сила не совершает работы и не может изменить полную механическую энергию объекта. По этой причине кинетическая энергия и, следовательно, скорость объекта останутся постоянными. Сила действительно может ускорить объект, изменив его направление, но не может изменить его скорость. Фактически, всякий раз, когда неуравновешенная центростремительная сила действует перпендикулярно направлению движения, скорость объекта остается постоянной. Чтобы неуравновешенная сила изменила скорость объекта, должна быть составляющая силы в направлении (или в противоположном направлении) движения объекта.

Применение компонент вектора и второго закона Ньютона

Второй подход к вопросу о том, почему центростремительная сила вызывает изменение направления, а не изменения скорости, включает компоненты вектора и второй закон Ньютона. Следующий воображаемый сценарий будет использован, чтобы помочь проиллюстрировать это.

Предположим, что на местной фабрике по производству льда кусок льда выскальзывает из морозильной камеры, и механическая рука прикладывает силу, чтобы ускорить его движение по ледяной поверхности без трения. На прошлой неделе механическая рука работала со сбоями и толкала беспорядочно. Различные направления сил, приложенных к движущейся глыбе льда, показаны ниже. В каждом случае наблюдайте за силой по сравнению с направлением движения ледяного блока и предскажите, будет ли сила ускоряться, замедляться или не будет влиять на скорость блока. Используйте векторные компоненты, чтобы делать прогнозы. Затем проверьте свои ответы, нажав на кнопку.

	Физическое положение	Ускорить, замедлить или не влиять на скорость?	Пояснение
а.
б.
в.
д.
эл.

Приведенные выше примеры показывают, что сила способна замедлять или ускорять объект только тогда, когда есть составляющая, направленная в том же или противоположном направлении, что и движение объекта. В случае e вертикальная сила не изменяет горизонтального движения. Иногда говорят, что перпендикулярные компоненты движения не зависят друг от друга. Вертикальная сила не может повлиять на горизонтальное движение.

Подводя итог, можно сказать, что на объект, совершающий равномерное круговое движение, действует направленная внутрь результирующая сила. Эту направленную внутрь силу иногда называют центростремительной силой, где центростремительная описывает ее направление. Без этой центростремительной силы объект никогда не мог бы изменить свое направление. Тот факт, что центростремительная сила направлена перпендикулярно касательной скорости, означает, что сила может изменить направление вектора скорости объекта без изменения его величины.

Мы хотели бы предложить …

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Интерактивного приложения Uniform Circular Motion и/или нашего интерактивного режима Race Track. Вы можете найти их в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Оба интерактива позволяют учащемуся в интерактивном режиме исследовать результирующую силу для объекта, движущегося по кругу.

Посетите: Равномерное круговое движение | Гоночная трасса

Проверьте свое понимание

Для вопросов №1–№5: Объект движется в по часовой направлении по окружности с постоянной скоростью. Используйте свое понимание понятий скорости, ускорения и силы, чтобы ответить на следующие пять вопросов. Используйте схему, показанную справа. Нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.

1. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора силы, когда объект находится в точке А на окружности?

2. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора силы, когда объект находится в точке C на окружности?

3. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора скорости, когда объект находится в точке B на окружности?

4. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора скорости, когда объект находится в точке C на окружности?

5. Какой из приведенных ниже векторов представляет направление вектора ускорения, когда объект находится в точке B на окружности?

6. Рекс Вещи и Дорис Локед идут на свидание. Рекс делает быстрый правый поворот. Дорис начинает скользить по виниловому сиденью (которое Рекс предварительно натер воском и полировал) и сталкивается с Рексом. Чтобы сломать неловкость ситуации, Рекс и Дорис начинают обсуждать физику только что испытанного движения. Рекс предполагает, что объекты, которые движутся по кругу, испытывают внешнюю силу. Таким образом, когда поворот был сделан, Дорис испытала внешнюю силу, которая подтолкнула ее к Рексу. Дорис не соглашается, утверждая, что объекты, которые движутся по кругу, испытывают внутреннюю силу. В этом случае, по словам Дорис, Рекс двигался по кругу из-за того, что дверь толкала его внутрь. Дорис не двигалась по кругу, так как не было никакой силы, толкающей ее внутрь; она просто продолжала двигаться по прямой, пока не столкнулась с Рексом. Кто прав? Аргументируйте одну из этих двух позиций.

7. Кара Лотт занимается зимним вождением на стоянке GBS. Кара поворачивает руль, чтобы повернуть налево, но ее машина продолжает двигаться по прямой по льду. Учитель А и Учитель Б наблюдали за явлением. Учитель А утверждает, что отсутствие силы трения между шинами и льдом приводит к балансу сил, благодаря которому автомобиль движется прямолинейно. Учитель Б утверждает, что лед воздействовал на шину силой, направленной наружу, чтобы сбалансировать силу поворота и, таким образом, удерживать машину на прямолинейном движении.