Suhteline liikumisfüüsika. KS. Liikumise suhtelisus. Tee, trajektoori ja kiiruse suhtelisus
Kui tuulevaikse ilmaga purjejahi kajutis ärganud reisija aknast välja vaatab, ei saa ta kohe aru, kas laev sõidab või triivib. Paksu klaasi taga on üksluine merepind, ülal sinine taevas liikumatute pilvedega. Jaht jääb aga igal juhul liikuma. Ja pealegi mitmes liigutuses korraga seoses erinevate referentssüsteemidega. Isegi ilma kosmilist mastaapi arvesse võtmata leiab see inimene, olles jahi kere suhtes puhkeasendis, end ümbritseva veemassi suhtes liikumisseisundis. Seda on näha kiiluvees. Kuid isegi kui jaht triivib langetatud purjega, liigub ta koos veevooluga, mis moodustab merevoolu.
Seega on iga keha, mis on ühe keha suhtes puhkeasendis (võrdlussüsteem), samaaegselt liikumisseisundis teise keha (teise võrdlussüsteemi) suhtes.
Galilei relatiivsusprintsiip
Juba keskaegsed teadlased mõtlesid liikumise relatiivsusele ja renessansiajal arendati neid ideid edasi. "Miks me ei tunne Maa pöörlemist?" – imestasid mõtlejad. Galileo Galilei andis relatiivsuspõhimõttele selge, füüsikalistel seadustel põhineva sõnastuse. "Ühtlase liikumisega jäädvustatud objektide puhul," järeldas teadlane, "seda viimast ei paista eksisteerivat ja see avaldab mõju ainult asjadele, mis selles ei osale." Tõsi, see väide kehtib ainult klassikalise mehaanika seaduste raames.
Tee, trajektoori ja kiiruse suhtelisus
Keha või punkti läbitud vahemaa, trajektoor ja kiirus on samuti suhtelised sõltuvalt valitud võrdlussüsteemist. Võtke näiteks mees, kes kõnnib läbi vankrite. Tema teekond teatud aja jooksul rongi suhtes on võrdne tema enda jalgade läbitud vahemaaga. Teekond koosneb läbitud vahemaast ja inimese poolt otseselt läbitud vahemaast, olenemata sellest, millises suunas ta kõndis. Sama ka kiirusega. Kuid siin on inimese liikumise kiirus maapinna suhtes suurem kui liikumiskiirus - kui inimene kõnnib rongi suunas, ja väiksem - kui ta kõnnib liikumisele vastupidises suunas.
Punkti trajektoori suhtelisust on mugav jälgida jalgratta ratta veljele kinnitatud ja kodarat hoidva mutri näitel. See on velje suhtes liikumatu. Jalgratta kere suhtes on see ringi trajektoor. Ja maapinna suhtes on selle punkti trajektoor pidev poolringide ahel.
Soovitan mängu: vali ruumis objekt ja kirjelda selle asukohta. Tehke seda nii, et arvaja ei saaks eksida. Kas see õnnestus? Mis saab kirjeldusest, kui muid kehasid ei kasutata? Alles jäävad järgmised väljendid: “vasakul...”, “üle...” jms. Keha asendit saab määrata ainult mõne teise keha suhtes.
Aarde asukoht: "Seisake äärepoolseima maja idanurgale, pöörake näoga põhja poole ja pärast 120 sammu kõndimist pöörake näoga itta ja kõndige 200 sammu. Kaevake sellesse kohta 10 küünart suurune auk ja leiate 100 kullakangid." Aaret on võimatu leida, muidu oleks see ammu välja kaevatud. Miks? Keha, mille kohta kirjeldust tehakse, pole määratletud, pole teada, millises külas see maja asub. On vaja täpselt kindlaks määrata keha, mis on meie tulevase kirjelduse aluseks. Füüsikas nimetatakse sellist keha viiteorgan. Seda saab valida meelevaldselt. Näiteks proovige valida kaks erinevat võrdluskeha ja kirjeldada arvuti asukohta ruumis nende suhtes. Seal on kaks kirjeldust, mis erinevad üksteisest.
Koordinaatide süsteem
Vaatame pilti. Kus on puu võrreldes jalgratturi I, jalgratturi II ja meiega, kes vaatame monitori?
Võrdluskeha suhtes - jalgrattur I - on puu paremal, võrdluskeha suhtes - jalgrattur II - puu on vasakul, meie suhtes on see ees. Üks ja sama keha - puu, mis asub pidevalt samas kohas, samal ajal "vasakule" ja "paremale" ja "ees". Probleem ei seisne ainult selles, et valitakse erinevad võrdlusorganid. Vaatleme selle asukohta jalgratturi I suhtes.
Sellel pildil on puu paremal jalgratturilt I
Sellel pildil on puu vasakule jalgratturilt I
Puu ja jalgrattur oma asukohta ruumis ei muutnud, kuid puu võib olla korraga “vasakul” ja “paremal”. Et vabaneda ebaselgusest suuna enda kirjelduses, valime teatud suuna positiivseks, valitud vastupidine on negatiivne. Valitud suunda tähistab noolega telg, nool näitab positiivset suunda. Meie näites valime ja määrame kaks suunda. Vasakult paremale (telg, mida mööda jalgrattur liigub) ja meist monitori sees puuni - see on teine positiivne suund. Kui esimene meie valitud suund on tähistatud kui X, siis teine - kui Y, saame kahemõõtmelise koordinaatsüsteem.
Meie suhtes liigub jalgrattur mööda X-telge negatiivses suunas, puu on positiivses suunas mööda Y-telge
Meie suhtes liigub jalgrattur positiivses suunas mööda X-telge, puu on positiivses suunas mööda Y-telge
Nüüd määrake, milline objekt ruumis on 2 meetri kaugusel positiivses X-suunas (teie paremal) ja 3 meetri kaugusel negatiivses Y-suunas (teie taga). (2;-3) - koordinaadid see keha. Esimene number "2" tähistab tavaliselt asukohta piki X-telge, teine number "-3" tähistab asukohta piki Y-telge. See on negatiivne, kuna Y-telg ei asu puu küljel, vaid vastupidisel küljel. pool. Pärast võrdluskeha ja suuna valimist kirjeldatakse iga objekti asukohta üheselt. Kui pöörata monitorile selja, siis paremale ja selja taha jääb teine objekt, kuid selle koordinaadid on erinevad (-2;3). Seega määravad koordinaadid täpselt ja ühemõtteliselt objekti asukoha.
Ruum, milles me elame, on kolmemõõtmeline ruum, nagu öeldakse, kolmemõõtmeline ruum. Lisaks sellele, et keha võib olla "paremal" ("vasakul"), "ees" ("taga"), võib see olla ka "üle" või "all". See on kolmas suund - see on tavaks tähistada Z-teljeks
Kas on võimalik valida erinevaid teljesuundi? Saab. Kuid te ei saa nende suundi muuta, kui lahendate näiteks ühe probleemi. Kas ma saan valida teisi telgede nimesid? See on võimalik, kuid riskite, et teised ei mõista teid; parem on seda mitte teha. Kas X-telge on võimalik Y-teljega vahetada? Saate, kuid ärge laske koordinaatidega segadusse sattuda: (x;y).
Kui keha liigub sirgjooneliselt, piisab selle asukoha määramiseks ühest koordinaatide teljest.
Tasapinnal liikumise kirjeldamiseks kasutatakse ristkülikukujulist koordinaatsüsteemi, mis koosneb kahest üksteisega risti asetsevast teljest (Cartesiuse koordinaatsüsteem).
Kolmemõõtmelise koordinaatsüsteemi abil saate määrata keha asukoha ruumis.
Võrdlussüsteem
Iga keha on igal ajahetkel ruumis teiste kehade suhtes teatud positsioonil. Me juba teame, kuidas selle asukohta määrata. Kui keha asend aja jooksul ei muutu, siis on see puhkeasendis. Kui keha asend aja jooksul muutub, tähendab see, et keha liigub. Kõik maailmas toimub kuskil ja millalgi: ruumis (kus?) ja ajas (millal?). Kui võrdluskehale, keha asendit määrava koordinaatsüsteemiga lisada aja mõõtmise meetod - kell, saame võrdlussüsteem. Mille abil saad hinnata, kas keha liigub või puhkab.
Liikumise suhtelisus
Kosmonaut läks avakosmosesse. Kas see on puhke- või liikumisseisundis? Kui pidada seda lähikonnas viibiva kosmonaudi sõbra suhteks, siis ta on puhanud. Ja kui võrrelda Maa vaatlejaga, siis astronaut liigub tohutu kiirusega. Sama ka rongis reisimisega. Mis puudutab inimesi rongis, siis istud liikumatult ja loed raamatut. Kuid võrreldes koju jäänud inimestega liigute rongikiirusel.
Näited võrdluskeha valimisest, mille suhtes joonisel a) rong liigub (puude suhtes), joonisel b) on rong poisi suhtes puhkeasendis.
Vagunisse istudes ootame äralendu. Aknast vaatame paralleelsel rööbasteel kulgevat rongi. Kui see liikuma hakkab, on raske kindlaks teha, kes liigub - meie vagun või rong aknast väljas. Otsustamiseks on vaja hinnata, kas me liigume teiste väljaspool akent seisvate objektide suhtes. Hindame oma veo seisukorda erinevate võrdlussüsteemidega võrreldes.
Nihke ja kiiruse muutmine erinevates referentssüsteemides
Nihe ja kiirus muutuvad ühelt tugiraamilt teisele liikumisel.
Inimese kiirus maapinna suhtes (fikseeritud tugiraam) on esimesel ja teisel juhul erinev.
Kiiruste lisamise reegel: Keha kiirus fikseeritud tugiraami suhtes on keha kiiruse vektorsumma liikuva tugiraami suhtes ja liikuva tugisüsteemi kiiruse vektorisumma paigalseisva tugiraami suhtes.
Sarnaselt nihkevektoriga. Liikumiste lisamise reegel: Keha nihkumine fikseeritud tugisüsteemi suhtes on keha nihke vektorisumma liikuva tugisüsteemi suhtes ja liikuva tugisüsteemi nihke vektorsumma paigalseisva võrdlussüsteemi suhtes.
Laske inimesel kõndida mööda vagunit rongi liikumise suunas (või vastu). Inimene on keha. Maa on fikseeritud tugiraam. Kelk on liikuv tugiraam.
Trajektoori muutmine erinevates referentssüsteemides
Keha liikumise trajektoor on suhteline. Mõelgem näiteks Maale laskuva helikopteri propellerile. Punkt propelleril kirjeldab ringi, mis on kopteriga seotud võrdlusraamis. Selle Maaga seotud võrdlusraami punkti trajektoor on spiraalne joon.
Edasi liikumine
Keha liikumine on tema asukoha muutumine ruumis teiste kehade suhtes aja jooksul. Igal kehal on teatud mõõtmed, mõnikord on keha erinevad punktid ruumi erinevates kohtades. Kuidas määrata keha kõigi punktide asukohta?
AGA! Mõnikord ei ole vaja näidata iga punkti asukohta kehal. Vaatleme sarnaseid juhtumeid. Näiteks pole seda vaja teha, kui kõik keha punktid liiguvad ühtemoodi.
Kõik kohvri ja auto voolud liiguvad ühtemoodi.
Nimetatakse keha liikumist, mille kõik punktid liiguvad võrdselt progressiivne
Materiaalne punkt
Keha iga punkti liikumist pole vaja kirjeldada isegi siis, kui selle mõõtmed on läbitava vahemaaga võrreldes väga väikesed. Näiteks laev, mis ületab ookeani. Planeetide ja taevakehade liikumist üksteise suhtes kirjeldades ei võta astronoomid arvesse nende suurusi ja enda liikumist. Vaatamata asjaolule, et näiteks Maa on tohutu, on see Päikese kauguse suhtes tühine.
Pole vaja arvestada keha iga punkti liikumist, kui need ei mõjuta kogu keha liikumist. Sellist keha saab kujutada punktiga. Tundub, nagu koondaksime kogu keha aine ühte punkti. Saame keha mudeli, ilma mõõtmeteta, kuid sellel on mass. Seda see on materiaalne punkt.
Sama keha mõne oma liigutusega võib pidada materiaalseks punktiks, kuid teistega mitte. Näiteks kui poiss kõnnib kodust kooli ja läbib samal ajal 1 km distantsi, siis selles liikumises võib teda pidada materiaalseks punktiks. Aga kui sama poiss harjutusi teeb, ei saa teda enam punktiks pidada.
Kaaluge sportlaste liikumist
Sel juhul saab sportlast modelleerida materiaalse punkti järgi
Vette hüppava sportlase puhul (parempoolne pilt) on võimatu seda punktiks modelleerida, kuna kogu keha liikumine sõltub käte ja jalgade mis tahes asendist.
Peaasi, mida meeles pidada
1) Keha asend ruumis määratakse võrdluskeha suhtes;
2) Vajalik on täpsustada teljed (nende suunad), st. koordinaatsüsteem, mis määrab keha koordinaadid;
3) määratakse keha liikumine võrdlussüsteemi suhtes;
4) Erinevates referentssüsteemides võib keha kiirus olla erinev;
5) Mis on materiaalne punkt
Kiiruste lisamise keerulisem olukord. Las mees ületab paadiga jõe. Paat on uuritav keha. Fikseeritud tugiraam on maa. Liikuvaks tugiraamistikuks on jõgi.
Paadi kiirus maapinna suhtes on vektorsumma
Kui suur on raadiusega R ketta serval asuva punkti nihkumine, kui seda aluse suhtes 600 võrra pöörata? kell 1800? Lahendage statiivi ja kettaga seotud tugiraamistikes.
Statiiviga seotud võrdlusraamis on nihked R ja 2R. Kettaga seotud võrdluskaadris on nihe kogu aeg null.
Miks jätavad vihmapiisad vaikse ilmaga ühtlaselt liikuva rongi akendele kaldus sirged triibud?
Maaga seotud võrdlusraamis on languse trajektoor vertikaalne joon. Rongiga seotud võrdlusraamistikus on tilga liikumine klaasil kahe sirgjoonelise ja ühtlase liikumise lisamise tulemus: rong ja tilga ühtlane kukkumine õhus. Seetõttu on tilga jälg klaasil kaldu.
Kuidas saate määrata oma jooksukiirust, kui treenite jooksulindil, mille automaatne kiirusetuvastus on katki? Lõppude lõpuks ei saa te saali seinte suhtes meetritki liigutada.
Kas on võimalik olla paigal ja liikuda siiski kiiremini kui vormel 1 auto? Selgub, et see on võimalik. Igasugune liikumine sõltub võrdlussüsteemi valikust, st iga liikumine on suhteline. Tänase tunni teema: “Liikumise suhtelisus. Nihkete ja kiiruste liitmise seadus." Õpime, kuidas valida antud juhul võrdlussüsteemi ning kuidas leida keha nihkumist ja kiirust.
Mehaaniline liikumine on keha asukoha muutumine ruumis teiste kehade suhtes aja jooksul. Selle määratluse võtmefraas on "suhtes teiste kehadega". Igaüks meist on ükskõik millise pinna suhtes liikumatu, kuid Päikese suhtes läbime koos kogu Maaga orbitaalset liikumist kiirusega 30 km/s, see tähendab, et liikumine sõltub referentssüsteemist.
Võrdlussüsteem on koordinaatsüsteemide ja kellade kogum, mis on seotud kehaga, mille suhtes liikumist uuritakse. Näiteks autos sõitjate liikumise kirjeldamisel võib võrdlussüsteemi seostada teeäärse kohvikuga või auto sisemusega või möödasõiduaja hindamisel liikuva vastutuleva autoga (joonis 1). .
Riis. 1. Võrdlussüsteemi valik
Millised füüsikalised suurused ja mõisted sõltuvad võrdlussüsteemi valikust?
1. Keha asend või koordinaadid
Vaatleme suvalist punkti. Erinevates süsteemides on sellel erinevad koordinaadid (joonis 2).
Riis. 2. Punkti koordinaadid erinevates koordinaatsüsteemides
2. Trajektoor
Mõelge lennuki propelleri punkti trajektoorile kahes võrdlusraamis: piloodiga seotud võrdlusraam ja Maa vaatlejaga seotud võrdlusraam. Piloodi jaoks teeb see punkt ringikujulise pöörde (joonis 3).
Riis. 3. Ringikujuline pöörlemine
Kui Maal vaatleja jaoks on selle punkti trajektoor spiraalne (joonis 4). Ilmselgelt sõltub trajektoor võrdlussüsteemi valikust.
Riis. 4. Spiraaltee
Trajektoori suhtelisus. Keha liikumise trajektoorid erinevates referentssüsteemides
Vaatleme ülesande näitel, kuidas liikumise trajektoor muutub sõltuvalt võrdlussüsteemi valikust.
Ülesanne
Milline saab olema propelleri otsas oleva punkti trajektoor erinevates võrdluspunktides?
1. Õhusõiduki piloodiga seotud CO-s.
2. Maal vaatlejaga seotud CO-s.
Lahendus:
1. Ei piloot ega propeller ei liigu lennuki suhtes. Piloodi jaoks näib punkti trajektoor olevat ring (joonis 5).
Riis. 5. Punkti trajektoor piloodi suhtes
2. Maal vaatleja jaoks liigub punkt kahel viisil: pöörleb ja liigub edasi. Trajektoor on spiraalne (joonis 6).
Riis. 6. Punkti trajektoor vaatleja suhtes Maal
Vastus : 1) ring; 2) spiraal.
Kasutades seda probleemi näitena, olime veendunud, et trajektoor on suhteline mõiste.
Sõltumatu testina soovitame teil lahendada järgmise probleemi:
Milline on ratta otsas oleva punkti trajektoor ratta keskkoha suhtes, kui see ratas liigub edasi, ja maapinnal asuvate punktide suhtes (paigalseisev vaatleja)?
3. Liikumine ja tee
Vaatleme olukorda, kus parv hõljub ja ühel hetkel hüppab ujuja sellelt maha ja üritab üle minna vastaskaldale. Ujuja liikumine kaldal istuva kaluri ja parve suhtes on erinev (joonis 7).
Liikumist maapinna suhtes nimetatakse absoluutseks ja liikuva keha suhtes suhteliseks. Liikuva keha (parve) liikumist paigalseisva keha (kalamehe) suhtes nimetatakse teisaldatavaks.
Riis. 7. Ujuja liikumine
Näitest järeldub, et nihe ja tee on suhtelised suurused.
4. Kiirus
Eelmise näite abil saate hõlpsasti näidata, et kiirus on ka suhteline suurus. Kiirus on ju liikumise ja aja suhe. Meie aeg on sama, kuid meie reisimine on erinev. Seetõttu on kiirus erinev.
Liikumise karakteristikute sõltuvust referentssüsteemi valikust nimetatakse liikumise suhtelisus.
Inimkonna ajaloos on olnud dramaatilisi juhtumeid, mis on seotud just võrdlussüsteemi valikuga. Giordano Bruno hukkamine, Galileo Galilei troonist loobumine – kõik need on geotsentrilise tugiraamistiku ja heliotsentrilise tugiraamistiku toetajate vahelise võitluse tagajärjed. Inimkonnal oli väga raske harjuda mõttega, et Maa pole üldsegi universumi keskpunkt, vaid täiesti tavaline planeet. Ja liikumist ei saa käsitleda ainult Maa suhtes, see liikumine on absoluutne ja suhteline Päikese, tähtede või muude kehade suhtes. Taevakehade liikumise kirjeldamine Päikesega seotud võrdlusraamis on palju mugavam ja lihtsam, seda näitasid veenvalt esmalt Kepler ja seejärel Newton, kes Kuu ümber Maa liikumise kaalutluse põhjal tuletas oma kuulsa universaalse gravitatsiooni seaduse.
Kui me ütleme, et trajektoor, tee, nihe ja kiirus on suhtelised, see tähendab, et need sõltuvad võrdlussüsteemi valikust, siis me ei ütle seda aja kohta. Klassikalise ehk newtoni mehaanika raames on aeg absoluutväärtus ehk see voolab kõigis referentssüsteemides võrdselt.
Mõelgem, kuidas leida nihket ja kiirust ühes võrdlussüsteemis, kui need on meile teada teises referentssüsteemis.
Vaatleme eelmist olukorda, kui parv hõljub ja ühel hetkel hüppab ujuja sellelt maha ja üritab üle minna vastaskaldale.
Kuidas on ujuja liikumine statsionaarse SO suhtes (seotud kalamehega) seotud suhteliselt liikuva SO liikumisega (seotud parvega) (joonis 8)?
Riis. 8. Probleemi illustratsioon
Liikumist nimetasime statsionaarses tugiraamistikus . Vektorkolmnurgast järeldub, et 
. Liigume nüüd kiirustevahelise seose leidmise juurde. Meenutagem, et Newtoni mehaanika raames on aeg absoluutväärtus (aeg voolab kõigis referentssüsteemides ühtemoodi). See tähendab, et iga liiget eelmisest võrdsusest saab ajaga jagada. Saame:
See on kiirus, millega ujuja kaluri jaoks liigub;
See on ujuja enda kiirus;
See on parve kiirus (jõe kiirus).
Ülesanne kiiruste liitmise seadusest
Vaatleme kiiruste liitmise seadust näiteülesande abil.
Ülesanne
Kaks autot liiguvad üksteise poole: esimene auto kiirusel, teine kiirusel. Millise kiirusega autod üksteisele lähenevad (joon. 9)?
Riis. 9. Probleemi illustratsioon
Lahendus
Rakendame kiiruste liitmise seadust. Selleks liigume tavapäraselt Maaga seotud CO-lt esimese autoga seotud CO-le. Seega jääb esimene auto paigale ja teine liigub selle poole kiirusega (suhteline kiirus). Millise kiirusega, kui esimene auto seisab, pöörleb Maa ümber esimese auto? See pöörleb kiirusega ja kiirus on suunatud teise auto kiiruse (ülekandekiiruse) suunas. Kaks vektorit, mis on suunatud piki sama sirget, liidetakse. .
Vastus: .
Kiiruste liitmise seaduse rakendatavuse piirid. Kiiruste liitmise seadus relatiivsusteoorias
Pikka aega arvati, et klassikaline kiiruste liitmise seadus kehtib alati ja kehtib kõigi võrdlussüsteemide kohta. Umbes aastaid tagasi aga selgus, et mõnes olukorras see seadus ei tööta. Vaatleme seda juhtumit näiteprobleemi abil.
Kujutage ette, et olete kosmoseraketil, mis liigub kiirusega . Ja kosmoseraketi kapten lülitab taskulambi sisse raketi liikumise suunas (joon. 10). Valguse levimise kiirus vaakumis on . Kui suur on valguse kiirus Maa peal seisva vaatleja jaoks? Kas see on võrdne valguse ja raketi kiiruste summaga?
Riis. 10. Probleemi illustratsioon
Fakt on see, et siin seisab füüsika silmitsi kahe vastuolulise kontseptsiooniga. Ühest küljest on Maxwelli elektrodünaamika järgi maksimaalne kiirus valguse kiirus ja see võrdub . Teisest küljest on Newtoni mehaanika järgi aeg absoluutväärtus. Probleem lahenes, kui Einstein pakkus välja erirelatiivsusteooria või õigemini selle postulaadid. Ta oli esimene, kes väitis, et aeg pole absoluutne. See tähendab, et kuskil voolab see kiiremini ja kuskil aeglasemalt. Meie madala kiiruse maailmas me seda efekti muidugi ei märka. Selle erinevuse tunnetamiseks peame liikuma valguse kiirusele lähedase kiirusega. Einsteini järeldustele tuginedes saadi erirelatiivsusteooria kiiruste liitmise seadus. See näeb välja selline:
See on kiirus statsionaarse CO suhtes;
See on suhteliselt liikuva CO kiirus;
See on liikuva CO kiirus paigalseisva CO suhtes.
Kui asendame oma probleemi väärtused, leiame, et valguse kiirus seisva vaatleja jaoks Maal on .
Vaidlus on lahendatud. Samuti saab veenduda, et kui kiirused on valguse kiirusega võrreldes väga väikesed, siis relatiivsusteooria valem muutub klassikaliseks kiiruste liitmise valemiks.
Enamikul juhtudel kasutame klassikalist seadust.
Täna saime teada, et liikumine sõltub referentssüsteemist, et kiirus, tee, liikumine ja trajektoor on suhtelised mõisted. Ja aeg on klassikalise mehaanika raames absoluutne mõiste. Õppisime omandatud teadmisi rakendama mõnd tüüpilist näidet analüüsides.
Bibliograafia
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Füüsika (algtase) - M.: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Füüsika 10. klass. - M.: Mnemosyne, 2014.
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Füüsika - 9, Moskva, Haridus, 1990.
- Interneti-portaal Class-fizika.narod.ru ().
- Interneti-portaal Nado5.ru ().
- Interneti-portaal Fizika.ayp.ru ().
Kodutöö
- Määratlege liikumise suhtelisus.
- Millised füüsikalised suurused sõltuvad võrdlussüsteemi valikust?
Kujutage ette elektrirongi. Ta sõidab vaikselt mööda rööpaid, vedades reisijaid nende suvilatesse. Ja ühtäkki, istudes viimases vankris, märkab huligaan ja parasiit Sidorov, et Sady jaama juures sisenevad kontrolörid vagunisse. Loomulikult ei ostnud Sidorov piletit ja ta tahab trahvi veelgi vähem maksta.
Vabasõitja liikumise suhtelisus rongis
Nii et vahelejäämise vältimiseks liigub ta kiiresti teise vagunisse. Kontrollijad, olles kõikide reisijate piletid üle vaadanud, liiguvad samas suunas. Sidorov liigub jälle järgmisse vankrisse ja nii edasi.
Ja nii, kui ta jõuab esimesse vagunisse ja edasi pole enam kuhugi minna, selgub, et rong jõudis just talle vajalikku Ogorodõ jaama ja sealt väljub õnnelik Sidorov, rõõmustades, et sõitis nagu jänes ega jäänud vahele. .
Mida saame sellest teguderohkest loost õppida? Kahtlemata võime Sidorovi üle rõõmustada ja lisaks võime avastada veel ühe huvitava fakti.
Kui rong sõitis Sady jaamast Ogorodõ jaama viis kilomeetrit viie minutiga, siis Sidorovi jänes läbis sama vahemaa pluss vahemaa, mis võrdub selle rongi pikkusega, milles ta sõitis, ehk umbes viis tuhat kakssada meetrit. sama viie minuti jooksul.
Selgub, et Sidorov liikus rongist kiiremini. Tema kannul järgnenud kontrollerid arendasid aga sama kiirust. Arvestades, et rongi kiirus oli umbes 60 km/h, oli aeg anda neile kõigile mitu olümpiamedalit.
Kuid loomulikult ei hakka keegi sellise rumalusega tegelema, sest kõik saavad aru, et Sidorovi uskumatu kiiruse arendas ta välja ainult statsionaarsete jaamade, rööbaste ja köögiviljaaedade suhtes ning selle kiiruse määras rongi liikumine, mitte kell. kõik tänu Sidorovi uskumatutele võimetele.
Rongi suhtes ei liikunud Sidorov sugugi kiiresti ega jõudnud isegi olümpiamedalini, vaid isegi selle lindini. Siin puutume kokku sellise mõistega nagu liikumise relatiivsus.
Liikumise suhtelisuse mõiste: näited
Liikumise relatiivsusel pole definitsiooni, kuna see ei ole füüsikaline suurus. Mehaanilise liikumise relatiivsus avaldub selles, et mõned liikumise tunnused, nagu kiirus, teekond, trajektoor jne, on suhtelised, st sõltuvad vaatlejast. Erinevates võrdlussüsteemides on need omadused erinevad.
Lisaks kodanik Sidoroviga rongis toodud näitele saate võtta peaaegu igasuguse keha liigutuse ja näidata, kui suhteline see on. Tööle minnes liigute oma maja suhtes edasi ja samal ajal tagasi maha jäänud bussi suhtes.
Seisate taskus oleva mängija suhtes paigal ja kihutate suurel kiirusel Päikese-nimelise tähe suunas. Iga teie samm on asfaldimolekuli jaoks hiiglaslik ja planeedi Maa jaoks tähtsusetu. Igasugune liikumine, nagu kõik selle omadused, on alati mõttekas ainult seoses millegi muuga.
Kooli õppekavas on ka säte, et ühe keha liikumist saab fikseerida ainult teise keha suhtes. Seda positsiooni nimetatakse "liikumise suhtelisuseks". Õpikute piltidelt oli selge, et jõe kaldal seisja jaoks koosneb mööda hõljuv paat selle kiirusest ja jõevoolu kiirusest. Pärast sellist üksikasjalikku kaalumist saab selgeks, et liikumise relatiivsus ümbritseb meid kõigis meie eluvaldkondades. Objekti kiirus on suhteline suurus, kuid sellest saab ka selle tuletis kiirendus. Selle järelduse tähtsus seisneb selles, et Newtoni teise seaduse (mehaanika põhiseaduse) valemis sisaldub just kiirendus. Selle seaduse kohaselt annab iga kehale mõjuv jõud sellele sellega võrdelise kiirenduse. Liikumise suhtelisus sunnib meid esitama lisaküsimuse: millise keha suhtes on antud kiirendus?
See seadus ei sisalda seletusi selle kohta, kuid lihtsate loogiliste järelduste abil võib jõuda järeldusele, et kuna jõud on ühe keha (1) mõju mõõt teisele (2), siis see sama jõud annab kiirenduse ka kehale. keha (2) keha (1) suhtes, mitte ainult mingi abstraktne kiirendus.
Liikumise relatiivsus on teatud keha, teatud teekonna, kiiruse ja liikumise sõltuvus valitud tugisüsteemidest. Kinemaatika mõttes on kõik kasutatavad võrdlussüsteemid võrdsed, kuid samas on kõik selle liikumise kinemaatilised omadused (trajektoor, kiirus, nihe) neis erinevad. Kõiki suurusi, mis sõltuvad valitud võrdlussüsteemist, millega neid mõõdetakse, nimetatakse suhtelisteks.
Liikumise relatiivsus, mida on üsna raske määratleda ilma muid mõisteid üksikasjalikult käsitlemata, nõuab täpseid matemaatilisi arvutusi. Sellest, kas keha liigub või mitte, saame rääkida siis, kui on täiesti selge, mille suhtes (võrdluskeha) tema asukoht muutub. Võrdlussüsteem on elementide kogum, nagu võrdluskeha, samuti sellega seotud koordinaatsüsteemid ja ajaviitesüsteemid. Nende elementide suhtes vaadeldakse mis tahes kehade liikumist või Matemaatiliselt kirjeldatakse objekti (punkti) liikumist valitud võrdlussüsteemi suhtes võrranditega, mis määravad kindlaks, kuidas koordinaadid, mis määravad objekti asukoha selles süsteemis. ajas muutuda. Selliseid võrrandeid, mis määravad liikumise suhtelisuse, nimetatakse liikumisvõrranditeks.
Kaasaegses mehaanikas on igasugune objekti liikumine suhteline, mistõttu tuleks seda käsitleda ainult seoses teise objektiga (võrdluskehaga) või terve kehade süsteemiga. Näiteks ei saa te lihtsalt välja tuua, et Kuu üldse liigub. Õige väide oleks, et Kuu liigub Päikese, Maa ja tähtede suhtes.
Sageli on mehaanikas referentssüsteem seotud mitte kehaga, vaid terve põhikehade kontiinumiga (reaalsete või fiktiivsete), mis määratlevad koordinaatsüsteemi.
Filmid näitavad sageli liikumist erinevate kehade suhtes. Nii näiteks näitavad nad mõnes kaadris rongi, mis liigub mõne maastiku taustal (see on liikumine Maa pinna suhtes), ja järgmises - vaguniku kupeed, mille akendest vilkuvad puud (liikumine ühe vaguni suhtes). Igasugune keha liikumine või puhkamine, mis on liikumise erijuht, on suhteline. Seetõttu tuleb lihtsale küsimusele vastates, kas keha liigub või puhkab ja kuidas ta liigub, selgitada, milliste objektide suhtes tema liikumist vaadeldakse. Võrdlussüsteemide valik tehakse reeglina sõltuvalt probleemi väljatoodud tingimustest.
