Relatív mozgásfizika. KS. A mozgás relativitása. Az út, a pálya és a sebesség relativitása

Ha nyugodt időben egy vitorlás jacht kabinjában felébredő utas kinéz az ablakon, nem fogja azonnal megérteni, hogy a hajó vitorlázik vagy sodródik. A vastag üveg mögött a tenger egyhangú felszíne, fölötte a kék ég mozdulatlan felhőkkel. A jacht azonban mindenesetre mozgásban lesz. És ráadásul egyszerre több tételben a különböző referenciarendszerekhez viszonyítva. Még a kozmikus lépték figyelembevétele nélkül is, ez a személy a jacht testéhez képest nyugalomban van, és mozgásban van az őt körülvevő víztömeghez képest. Ez látható a nyomban. De még ha a jacht leeresztett vitorlával sodródik is, a tengeráramot alkotó vízáramlással együtt mozog.

Így minden test, amely egy testhez képest nyugalomban van (referenciarendszer), egyidejűleg mozgási állapotban van egy másik testhez (egy másik vonatkoztatási rendszerhez) képest.

Galilei relativitás elve

A középkori tudósok már gondoltak a mozgás relativitására, és a reneszánszban ezeket az elképzeléseket továbbfejlesztették. – Miért nem érezzük a Föld forgását? – csodálkoztak a gondolkodók. Galileo Galilei világos, fizikai törvényeken alapuló megfogalmazást adott a relativitás elvének. „Az egyenletes mozgással megfogott tárgyak esetében ez utóbbi úgy tűnik, nem létezik, és csak azokon a dolgokon fejti ki hatását, amelyek nem vesznek részt benne.” Igaz, ez az állítás csak a klasszikus mechanika törvényeinek keretein belül érvényes.

Az út, a pálya és a sebesség relativitása

Egy test vagy pont megtett távolsága, pályája és sebessége is relatív a választott vonatkoztatási rendszertől függően. Vegyük a kocsikon átsétáló férfi példáját. Útja egy bizonyos ideig a vonathoz képest megegyezik a saját lába által megtett távolsággal. Az út a megtett távolságból és a személy által közvetlenül megtett távolságból fog állni, függetlenül attól, hogy melyik irányba ment. Ugyanez a sebességgel. De itt az ember talajhoz viszonyított mozgásának sebessége nagyobb lesz, mint a mozgás sebessége - ha az ember a vonat irányába sétál, és alacsonyabb -, ha a mozgással ellentétes irányban.

Kényelmes nyomon követni egy pont pályájának relativitáselméletét egy biciklikerék peremére erősített, küllőt tartó anya példáján. A peremhez képest mozdulatlan lesz. A kerékpár testéhez viszonyítva ez egy kör pályája lesz. És a talajhoz viszonyítva ennek a pontnak a pályája félkörök folytonos láncolata lesz.

Javasolok egy játékot: válassz egy tárgyat a szobában és írd le a helyét. Tegye ezt úgy, hogy a kitaláló ne tudjon hibázni. Sikerült? Mi lesz a leírásból, ha nem használnak más testeket? A következő kifejezések maradnak: „balra...”, „felett...” és hasonlók. Csak a testhelyzet állítható be más testhez képest.

A kincs helye: „Állj a legkülső ház keleti sarkára, nézz északra, és 120 lépés megtétele után fordulj kelet felé, és menj 200 lépést. Ezen a helyen áss egy 10 sing nagyságú gödröt, és 100-at találsz. Arany rudak." A kincset lehetetlen megtalálni, különben már rég kiásták volna. Miért? A test, amelyre vonatkozóan a leírás készül, nincs meghatározva, nem ismert, hogy az a ház melyik faluban található. Pontosan meg kell határozni azt a testet, amely későbbi leírásunk alapjául fog szolgálni. A fizikában az ilyen testet ún referencia test. Tetszőlegesen választható. Például próbáljon meg kiválasztani két különböző referenciatestet, és ezekhez képest írja le a számítógép elhelyezkedését egy szobában. Két leírás lesz, amelyek különböznek egymástól.

Koordináta-rendszer

Nézzük a képet. Hol van a fa az I. kerékpároshoz, a II. kerékpároshoz és mi a monitort nézve?

A referenciatesthez viszonyítva - kerékpáros I - a fa a jobb oldalon, a referenciatesthez képest - kerékpáros II - a fa a bal oldalon, hozzánk képest elöl van. Egy és ugyanaz a test - egy fa, állandóan ugyanazon a helyen, egyszerre „balra”, „jobbra” és „elöl”. A probléma nem csak az, hogy különböző referenciatesteket választanak ki. Tekintsük annak elhelyezkedését az I. kerékpároshoz képest.

Ezen a képen egy fa látható jobb oldalon az I. kerékpárostól

Ezen a képen egy fa látható bal az I. kerékpárostól

A fa és a kerékpáros nem változtatta meg a helyét a térben, de a fa egyszerre lehet „bal oldalon” és „jobb oldalon”. Annak érdekében, hogy megszabaduljunk a kétértelműségtől magában az irány leírásában, egy bizonyos irányt választunk pozitívnak, a választott ellentéte negatív lesz. A kiválasztott irányt egy tengely jelzi nyíllal, a nyíl a pozitív irányt. Példánkban két irányt fogunk kiválasztani és kijelölni. Balról jobbra (a tengely, amely mentén a kerékpáros mozog), és tőlünk a monitoron belül a fáig - ez a második pozitív irány. Ha az általunk választott első irányt X-nek jelöljük, a másodikat Y-nek, kétdimenziós irányt kapunk. koordináta-rendszer.

Hozzánk képest a kerékpáros az X tengely mentén negatív irányba, a fa az Y tengely mentén pozitív irányban halad

Hozzánk képest a kerékpáros az X tengely mentén pozitív irányba, a fa az Y tengely mentén pozitív irányban halad

Most határozza meg, hogy a szobában melyik tárgy van 2 méterrel a pozitív X irányban (jobbra), és 3 méterrel a negatív Y irányban (mögötted). (2;-3) - koordináták ezt a testet. Az első „2” szám általában az X tengely mentén, a második „-3” az Y tengely menti elhelyezkedést jelöli, negatív, mert az Y tengely nem a fa oldalán, hanem az ellenkező oldalon van. oldal. A referenciatest és az irány kiválasztása után bármely objektum helye egyértelműen le lesz írva. Ha hátat fordít a monitornak, akkor jobbra és mögöttünk lesz egy másik objektum, de a koordinátái eltérőek lesznek (-2;3). Így a koordináták pontosan és egyértelműen meghatározzák az objektum helyét.

A tér, amelyben élünk, háromdimenziós tér, ahogy mondani szokás, háromdimenziós tér. Amellett, hogy a test lehet „jobbra” („balra”), „elölre” („hátul”), lehet „felett” vagy „alatt” is. Ez a harmadik irány - ezt szokás Z tengelynek jelölni

Lehetséges különböző tengelyirányokat választani? Tud. De nem változtathatja meg az irányukat például egy probléma megoldása közben. Választhatok más tengelyneveket? Lehetséges, de megkockáztatod, hogy mások nem értenek meg téged; jobb, ha nem teszed ezt. Lehetséges az X tengelyt felcserélni az Y tengellyel? Megteheti, de ne essen zavarba a koordinátákkal kapcsolatban: (x;y).

Amikor egy test egyenes vonalban mozog, egy koordinátatengely elegendő a helyzetének meghatározásához.

A síkban történő mozgás leírására egy derékszögű koordinátarendszert használnak, amely két egymásra merőleges tengelyből áll (derékszögű koordinátarendszer).

Egy háromdimenziós koordinátarendszer segítségével meghatározhatja a test helyzetét a térben.

Referencia rendszer

Minden test az idő bármely pillanatában egy bizonyos helyet foglal el a térben a többi testhez képest. Már tudjuk, hogyan határozzuk meg a helyzetét. Ha egy test helyzete az idő múlásával nem változik, akkor nyugalomban van. Ha a test helyzete idővel megváltozik, ez azt jelenti, hogy a test mozog. A világon minden megtörténik valahol és valamikor: térben (hol?) és időben (mikor?). Ha a referenciatesthez, a test helyzetét meghatározó koordináta-rendszerhez hozzáadunk egy időmérési módszert - egy órát, akkor azt kapjuk, referenciarendszer. Segítségével felmérheti, hogy egy test mozgásban vagy nyugalomban van-e.

A mozgás relativitása

Az űrhajós kiment a világűrbe. Nyugalmi vagy mozgási állapotban van? Ha a közelben tartózkodó űrhajós barátjához viszonyítjuk, akkor nyugalomban lesz. És ha egy földi megfigyelőhöz viszonyítjuk, az űrhajós óriási sebességgel mozog. Ugyanez vonatkozik a vonatozásra. Ami az embereket illeti a vonaton, ülsz mozdulatlanul, és olvasol egy könyvet. De az otthon maradt emberekhez képest vonatsebességgel haladsz.

Példák referenciatest kiválasztására, amelyhez képest az a) ábrán a vonat mozog (a fákhoz képest), a b) ábrán a vonat a fiúhoz képest nyugalomban van.

A hintóba ülve várjuk az indulást. Az ablakban a párhuzamos vágányon haladó vonatot nézzük. Amikor mozogni kezd, nehéz megállapítani, hogy ki mozog – a mi kocsink vagy a vonat az ablakon kívül. A döntéshez fel kell mérni, hogy mozogunk-e az ablakon kívüli többi álló objektumhoz képest. Különféle referenciarendszerekhez viszonyítva értékeljük kocsink állapotát.

Az elmozdulás és a sebesség megváltoztatása különböző referenciarendszerekben

Az elmozdulás és a sebesség megváltozik, amikor egyik vonatkoztatási rendszerből a másikba lépünk.

Az ember talajhoz viszonyított sebessége (fix vonatkoztatási rendszer) az első és a második esetben eltérő.

A sebesség hozzáadásának szabálya: A test sebessége egy rögzített vonatkoztatási rendszerhez viszonyítva a test mozgó vonatkoztatási rendszerhez viszonyított sebességének és a mozgó vonatkoztatási rendszerhez viszonyított sebességének vektorösszege.

Hasonló az eltolási vektorhoz. A mozgások hozzáadásának szabálya: A test elmozdulása egy rögzített vonatkoztatási rendszerhez képest a test mozgó vonatkoztatási rendszerhez viszonyított elmozdulásának és egy mozgó referenciarendszernek egy állóhoz viszonyított elmozdulásának vektorösszege.

Hagyja, hogy valaki a kocsi mentén sétáljon a vonat mozgásának irányában (vagy ellenében). Az ember egy test. A Föld egy rögzített vonatkoztatási rendszer. A kocsi egy mozgó vonatkoztatási rendszer.

Változó pálya a különböző referenciarendszerekben

A test mozgásának pályája relatív. Vegyük például a Földre ereszkedő helikopter propellerét. A propeller egy pontja egy kört ír le a helikopterhez tartozó referenciakeretben. Ennek a pontnak a pályája a Földhöz tartozó referenciakeretben egy csavarvonal.

Előre mozgás

Egy test mozgása a térbeli helyzetének időbeli változása a többi testhez képest. Minden testnek bizonyos méretei vannak, néha a test különböző pontjai különböző helyeken vannak a térben. Hogyan határozzuk meg a test összes pontjának helyzetét?

DE! Néha nem szükséges feltüntetni a test minden pontjának helyzetét. Nézzünk hasonló eseteket. Például ezt nem kell megtenni, ha a test minden pontja egyformán mozog.

A bőrönd és az autó minden árama ugyanúgy mozog.

Olyan test mozgását nevezzük, amelyben minden pontja egyformán mozog haladó

Anyagi pont

Nem kell leírni a test egyes pontjainak mozgását még akkor sem, ha méretei nagyon kicsik a megtett távolsághoz képest. Például egy hajó átkel az óceánon. A bolygók és égitestek egymáshoz viszonyított mozgásának leírásakor a csillagászok nem veszik figyelembe azok méretét és saját mozgásukat. Annak ellenére, hogy például a Föld hatalmas, a Nap távolságához képest elhanyagolható.

Nem kell figyelembe venni a test egyes pontjainak mozgását, ha azok nem befolyásolják az egész test mozgását. Egy ilyen testet egy ponttal lehet ábrázolni. Mintha a test összes anyagát egy pontba koncentrálnánk. Kapunk egy modellt a testről, méretek nélkül, de van tömege. Az az ami anyagi pont.

Ugyanaz a test bizonyos mozgásaival anyagi pontnak tekinthető, de másokkal nem. Például, amikor egy fiú gyalogol otthonról az iskolába, és egyidejűleg 1 km-t tesz meg, akkor ebben a mozgásban anyagi pontnak tekinthető. De amikor ugyanaz a fiú gyakorlatokat végez, többé nem tekinthető pontnak.

Fontolja meg a sportolók mozgatását

Ebben az esetben a sportolót anyagi ponttal lehet modellezni

Abban az esetben, ha egy sportoló vízbe ugrik (jobb oldali kép), nem lehet pontra modellezni, mivel az egész test mozgása a karok és lábak bármely helyzetétől függ.

A legfontosabb, hogy emlékezzen

1) A test helyzetét a térben a referenciatesthez képest határozzuk meg;
2) Meg kell adni a tengelyeket (irányukat), pl. a test koordinátáit meghatározó koordinátarendszer;
3) A test mozgását a referenciarendszerhez képest határozzuk meg;
4) Különböző referenciarendszerekben egy test sebessége eltérő lehet;
5) Mi az anyagi pont

A sebesség hozzáadásának bonyolultabb helyzete. Hadd keljen át egy ember a folyón egy csónakban. A hajó a vizsgált test. A rögzített vonatkoztatási rendszer a Föld. A mozgó vonatkoztatási keret a folyó.

A csónak talajhoz viszonyított sebessége vektorösszeg

Mekkora az R sugarú korong szélén elhelyezkedő bármely pont elmozdulása, ha az állványhoz képest 600-kal elforgatjuk? 1800-nál? Oldja meg az állványhoz és a lemezhez tartozó referenciakeretekben.

Az állványhoz tartozó referenciakeretben az elmozdulások R és 2R. A lemezhez tartozó referencia keretben az elmozdulás mindig nulla.

Az esőcseppek nyugodt időben miért hagynak ferde egyenes csíkokat az egyenletesen mozgó vonat ablakain?

A Földhöz tartozó referenciakeretben a csepp pályája egy függőleges vonal. A vonathoz tartozó vonatkoztatási rendszerben egy csepp mozgása az üvegen két egyenes vonalú és egyenletes mozgás összeadásának eredménye: a vonat és a csepp egyenletes esése a levegőben. Ezért az üvegen egy csepp nyoma ferde.

Hogyan határozhatja meg a futási sebességét, ha futópadon edz elromlott automatikus sebességérzékeléssel? Végül is egyetlen métert sem lehet elmozdítani a csarnok falaihoz képest.

Lehet-e álló helyzetben maradni, és még mindig gyorsabban haladni, mint egy Forma-1-es autó? Kiderül, hogy lehetséges. Minden mozgás a referenciarendszer megválasztásától függ, vagyis minden mozgás relatív. A mai óra témája: „A mozgás relativitása. Az elmozdulások és sebességek összeadásának törvénye." Megtanuljuk, hogyan válasszunk referenciarendszert adott esetben, hogyan találjuk meg a test elmozdulását és sebességét.

A mechanikai mozgás egy test térbeli helyzetének időbeli változása a többi testhez képest. Ebben a meghatározásban a kulcsmondat a „más szervekhez viszonyítva”. Mindannyian mozdulatlanok vagyunk bármilyen felülethez képest, de a Naphoz képest az egész Földdel együtt 30 km/s sebességű keringési mozgást végzünk, vagyis a mozgás a vonatkoztatási rendszertől függ.

A referenciarendszer a vizsgált testhez kapcsolódó koordinátarendszerek és órák összessége. Például az utasok mozgásának leírásánál egy autó belsejében a referenciarendszer egy út menti kávézóhoz, vagy egy autó belsejéhez, vagy egy mozgó szembejövő autóhoz rendelhető, ha az előzési időt becsüljük (1. ábra). .

Rizs. 1. Referenciarendszer kiválasztása

Milyen fizikai mennyiségek és fogalmak függenek a referenciarendszer megválasztásától?

1. Testhelyzet vagy koordináták

Tekintsünk egy tetszőleges pontot. Különböző rendszerekben eltérő koordinátákkal rendelkezik (2. ábra).

Rizs. 2. Egy pont koordinátái különböző koordinátarendszerekben

2. Pálya

Tekintsük egy pont röppályáját egy repülőgép propellerén két referenciakeretben: a pilótához társított referenciakeretben és a földi megfigyelőhöz társított referenciakeretben. A pilóta számára ez a pont körkörös forgatást hajt végre (3. ábra).

Rizs. 3. Körforgás

Míg egy földi megfigyelő számára ennek a pontnak a pályája egy csavarvonal lesz (4. ábra). Nyilvánvalóan a pálya a referenciarendszer megválasztásától függ.

Rizs. 4. Helikális út

A pálya relativitása. A test mozgásának pályái különböző referenciarendszerekben

Vizsgáljuk meg, hogyan változik a mozgás pályája a referenciarendszer megválasztásától függően egy probléma példáján.

Feladat

Milyen lesz a légcsavar végén lévő pont pályája a különböző referenciapontokban?

1. A repülőgép pilótájához tartozó CO-ban.

2. A földi megfigyelőhöz kapcsolódó CO-ban.

Megoldás:

1. Sem a pilóta, sem a légcsavar nem mozog a repülőgéphez képest. A pilóta számára a pont pályája egy körnek tűnik (5. ábra).

Rizs. 5. A pont röppályája a pilótához képest

2. Egy földi megfigyelő számára egy pont kétféleképpen mozog: forog és halad előre. A pálya spirális lesz (6. ábra).

Rizs. 6. Egy pont pályája egy földi megfigyelőhöz viszonyítva

Válasz : 1) kör; 2) helix.

Ezt a problémát példaként használva meg voltunk győződve arról, hogy a pálya relatív fogalom.

Független tesztként a következő probléma megoldását javasoljuk:

Mekkora lesz a kerék végén lévő pont pályája a kerék középpontjához képest, ha ez a kerék előre mozog, és a talajon lévő pontokhoz viszonyítva (álló megfigyelő)?

3. Mozgás és út

Tekintsünk egy olyan helyzetet, amikor egy tutaj lebeg, és egy úszó leugrik róla, és megpróbál átjutni a szemközti partra. Az úszó mozgása a parton ülő horgászhoz és a tutajhoz képest eltérő lesz (7. ábra).

A talajhoz viszonyított mozgást abszolútnak, a mozgó testhez képest relatívnak nevezzük. A mozgó test (tutaj) mozgását egy álló testhez (halászhoz) képest hordozhatónak nevezzük.

Rizs. 7. Úszó mozgása

A példából az következik, hogy az elmozdulás és az út relatív mennyiségek.

4. Sebesség

Az előző példával könnyen megmutathatja, hogy a sebesség is relatív mennyiség. Hiszen a sebesség a mozgás és az idő aránya. Az időnk azonos, de az utazásunk más. Ezért a sebesség más lesz.

A mozgás jellemzőinek a vonatkoztatási rendszer megválasztásától való függését ún a mozgás relativitáselmélete.

Az emberiség történetében voltak drámai esetek, amelyek éppen a referenciarendszer kiválasztásához kapcsolódnak. Giordano Bruno kivégzése, Galileo Galilei lemondása – mindez a geocentrikus vonatkoztatási rendszer és a heliocentrikus vonatkoztatási rendszer támogatói közötti küzdelem következményei. Az emberiségnek nagyon nehéz volt megszoknia azt a gondolatot, hogy a Föld egyáltalán nem a világegyetem középpontja, hanem egy teljesen hétköznapi bolygó. És a mozgás nem csak a Földhöz viszonyítva tekinthető, ez a mozgás abszolút és relatív a Naphoz, csillagokhoz vagy bármely más testhez. Sokkal kényelmesebb és egyszerűbb az égitestek mozgásának leírása a Naphoz kapcsolódó referenciakeretben, ezt először Kepler, majd Newton mutatta meg meggyőzően, aki a Hold Föld körüli mozgásának mérlegelése alapján levezette híres egyetemes gravitációs törvényét.

Ha azt mondjuk, hogy a pálya, az út, az elmozdulás és a sebesség relatív, vagyis függ a vonatkoztatási rendszer megválasztásától, akkor ezt nem mondjuk az időről. A klasszikus, vagy newtoni mechanika keretein belül az idő abszolút érték, vagyis minden vonatkoztatási rendszerben egyformán folyik.

Nézzük meg, hogyan találjuk meg az elmozdulást és a sebességet egy referenciarendszerben, ha egy másik vonatkoztatási rendszerben ismertek.

Tekintsük az előző helyzetet, amikor egy tutaj lebeg, és valamikor egy úszó leugrik róla, és megpróbál átjutni a szemközti partra.

Hogyan kapcsolódik egy úszó mozgása egy álló SO-hoz (a horgászhoz kapcsolva) a viszonylag mobil SO mozgásához (8. ábra)?

Rizs. 8. A probléma illusztrációja

Mozgásnak neveztük stacionárius vonatkoztatási rendszerben. A vektorháromszögből az következik . Most pedig térjünk át a sebességek közötti kapcsolat megtalálására. Emlékezzünk arra, hogy a newtoni mechanika keretein belül az idő abszolút érték (az idő minden vonatkoztatási rendszerben ugyanúgy folyik). Ez azt jelenti, hogy az előző egyenlőségből származó minden tag osztható idővel. Kapunk:

Ez az a sebesség, amellyel az úszó a halász számára mozog;

Ez az úszó saját sebessége;

Ez a tutaj sebessége (a folyó sebessége).

Feladat a sebességek összeadásának törvényével kapcsolatban

Tekintsük a sebességek összeadásának törvényét egy példafeladat segítségével.

Feladat

Két autó halad egymás felé: az első sebességgel, a második sebességgel. Milyen sebességgel közelednek egymáshoz az autók (9. ábra)?

Rizs. 9. A probléma illusztrációja

Megoldás

Alkalmazzuk a sebességek összeadásának törvényét. Ehhez térjünk át a Földhöz kapcsolódó szokásos CO-ról az első autóhoz kapcsolódó CO-ra. Így az első autó megáll, a második pedig sebességgel (relatív sebességgel) halad felé. Mekkora sebességgel forog a Föld az első autó körül, ha az első autó áll? Sebességgel forog, és a sebesség a második autó sebességének irányába (átadási sebesség) irányul. Két, ugyanazon egyenes mentén irányított vektort összeadjuk. .

Válasz: .

A sebességek összeadási törvényének alkalmazhatósági korlátai. A sebességek összeadásának törvénye a relativitáselméletben

Sokáig azt hitték, hogy a sebességek összeadásának klasszikus törvénye mindig érvényes, és minden vonatkoztatási rendszerre vonatkozik. Körülbelül évekkel ezelőtt azonban kiderült, hogy bizonyos helyzetekben ez a törvény nem működik. Tekintsük ezt az esetet egy példaprobléma segítségével.

Képzelje el, hogy egy űrrakétán tartózkodik, amely sebességgel halad. Az űrrakéta kapitánya pedig felkapcsolja a zseblámpát a rakéta mozgásának irányába (10. ábra). A fény terjedési sebessége vákuumban . Mekkora lesz a fénysebesség egy álló megfigyelő számára a Földön? Egyenlő lesz a fény és a rakéta sebességének összegével?

Rizs. 10. A probléma illusztrációja

A helyzet az, hogy itt a fizika két egymásnak ellentmondó fogalommal szembesül. Egyrészt Maxwell elektrodinamikája szerint a maximális sebesség a fénysebesség, és egyenlő . Másrészt a newtoni mechanika szerint az idő abszolút érték. A probléma megoldódott, amikor Einstein javasolta a speciális relativitáselméletet, vagy inkább annak posztulátumait. Ő volt az első, aki felvetette, hogy az idő nem abszolút. Vagyis hol gyorsabban, hol lassabban folyik. Természetesen a mi alacsony sebességű világunkban ezt a hatást nem vesszük észre. Ahhoz, hogy ezt a különbséget érezzük, a fénysebességhez közeli sebességgel kell haladnunk. Einstein következtetései alapján megkaptuk a sebességek összeadásának törvényét a speciális relativitáselméletben. Ez így néz ki:

Ez a sebesség egy álló CO-hoz viszonyítva;

Ez a viszonylag mobil CO sebessége;

Ez a mozgó CO sebessége az álló CO-hoz viszonyítva.

Ha behelyettesítjük a problémánk értékeit, akkor azt találjuk, hogy a fénysebesség egy álló megfigyelő számára a Földön .

A vita megoldódott. Arról is meggyőződhet, hogy ha a sebességek nagyon kicsik a fénysebességhez képest, akkor a relativitáselmélet képlete a sebességek összeadásának klasszikus képletévé alakul.

A legtöbb esetben a klasszikus törvényt használjuk.

Ma rájöttünk, hogy a mozgás a vonatkoztatási rendszertől függ, a sebesség, az út, a mozgás és a pálya relatív fogalmak. Az idő pedig a klasszikus mechanika keretein belül abszolút fogalom. A megszerzett ismereteket néhány jellemző példa elemzésével tanultuk meg alkalmazni.

Bibliográfia

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (alapfok) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10. osztály. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika - 9, Moszkva, Oktatás, 1990.

1. Class-fizika.narod.ru internetes portál ().
2. Nado5.ru internetes portál ().
3. Fizika.ayp.ru internetes portál ().

Házi feladat

1. Határozza meg a mozgás relativitáselméletét!
2. Milyen fizikai mennyiségek függenek a referenciarendszer megválasztásától?

Képzelj el egy elektromos vonatot. Csendesen halad a sínek mentén, utasokat szállítva nyaralóikba. És hirtelen az utolsó kocsiban ülve a huligán és parazita Sidorov észreveszi, hogy a Szady állomáson az irányítók belépnek a kocsiba. Sidorov természetesen nem vett jegyet, és még kevesebbet akar fizetni a bírságért.

A szabad lovas mozgásának viszonylagossága a vonaton

Ezért, hogy elkerülje, hogy elkapják, gyorsan átszáll egy másik kocsiba. Az ellenőrök minden utas jegyét ellenőrizve ugyanabba az irányba indulnak el. Sidorov ismét átmegy a következő kocsihoz és így tovább.

És így, amikor eléri az első kocsit, és nincs hova továbbmenni, kiderül, hogy a vonat éppen elérte azt az Ogorody állomást, amelyre szüksége van, és boldog Sidorov kiszáll, és örül, hogy úgy lovagolt, mint a nyúl, és nem kapták el. .

Mit tanulhatunk ebből az akciódús történetből? Kétségtelenül örülhetünk Sidorovnak, és ezen kívül még egy érdekességet fedezhetünk fel.

Míg a vonat öt perc alatt öt kilométert tett meg a Szady állomástól az Ogorodi állomásig, a Sidorov nyúl ugyanennyit, plusz a vonat hosszával megegyező távolságot tett meg, azaz körülbelül ötezer-kétszáz métert. ugyanabban az öt percben.

Kiderült, hogy Sidorov gyorsabban haladt, mint a vonat. A nyomában járó irányítók azonban ugyanazt a sebességet fejlesztették. Tekintettel arra, hogy a vonat sebessége körülbelül 60 km/h volt, ideje volt átadni nekik a több olimpiai érmet.

Persze ekkora hülyeségbe senki nem fog belekötni, mert mindenki érti, hogy Sidorov hihetetlen sebességét csak az álló állomásokhoz, sínekhez és veteményeskertekhez képest ő fejlesztette ki, és ezt a sebességet a vonat mozgása határozta meg, nem pedig mindezt Sidorov hihetetlen képességei miatt.

A vonathoz képest Sidorov egyáltalán nem haladt gyorsan, és nem is érte el az olimpiai érmet, de még a szalagot sem. Itt találkozunk egy olyan fogalommal, mint a mozgás relativitása.

A mozgás relativitás fogalma: példák

A mozgás relativitáselméletének nincs definíciója, mivel nem fizikai mennyiség. A mechanikus mozgás relativitása abban nyilvánul meg, hogy a mozgás egyes jellemzői, mint a sebesség, az út, a pálya, stb., relatívak, vagyis a megfigyelőtől függenek. A különböző referenciarendszerekben ezek a jellemzők eltérőek lesznek.

A Sidorov polgárral a vonaton bemutatott példán kívül bármilyen test szinte minden mozgását átveheti, és megmutathatja, mennyire relatív. Amikor munkába mész, előre haladsz a házadhoz képest, és egyben hátrafelé a lekésett buszhoz képest.

Egy helyben állsz a zsebedben lévő játékoshoz képest, és nagy sebességgel rohansz a Nap nevű csillaghoz képest. Minden lépésed óriási távolság lesz egy aszfaltmolekula számára, és jelentéktelen a Föld bolygó számára. Minden mozgásnak, mint minden jellemzőjének, mindig csak valami mással kapcsolatban van értelme.

Az iskolai tantervben is szerepel egy olyan rendelkezés, amely szerint egy test mozgását csak egy másik testhez képest lehet rögzíteni. Ezt a pozíciót „a mozgás relativitáselméletének” nevezik. A tankönyvek képeiből egyértelműen kiderült, hogy annak, aki a folyóparton áll, a mellette lebegő csónak a sebességéből és a folyó sodrásának sebességéből áll. Ilyen részletes megfontolás után világossá válik, hogy a mozgás relativitása életünk minden területén körülvesz bennünket. Egy tárgy sebessége relatív mennyiség, de a származéka, a gyorsulás is azzá válik, ennek a következtetésnek a jelentősége abban rejlik, hogy Newton második törvényének (a mechanika alaptörvényének) a képletében éppen a gyorsulás szerepel. E törvény szerint a testre ható bármely erő vele arányos gyorsulást ad. A mozgás relativitáselmélete arra kényszerít bennünket, hogy feltegyünk egy további kérdést: milyen testhez viszonyítva adjuk meg a gyorsulást?

Ez a törvény nem tartalmaz magyarázatot erre a kérdésre, de egyszerű logikai következtetésekkel arra a következtetésre juthatunk, hogy mivel az erő az egyik test hatásának mértéke (1) a másikra (2), akkor ugyanez az erő ad gyorsulást a testre. a test (2) a testhez (1) képest, és nem csak valami elvont gyorsulás.

A mozgás relativitáselmélete egy bizonyos test, egy bizonyos út, sebesség és mozgás függése a kiválasztott referenciarendszerektől. A kinematika szempontjából bármely használt referenciarendszer egyforma, ugyanakkor ennek a mozgásnak minden kinematikai jellemzője (pálya, sebesség, elmozdulás) eltérő bennük. Minden mennyiséget, amely attól a választott referenciarendszertől függ, amellyel mérni fogják, relatívnak nevezzük.

A mozgás relativitáselmélete, amelyet más fogalmak részletes figyelembevétele nélkül meglehetősen nehéz meghatározni, pontos matematikai számításokat igényel. Arról, hogy egy test mozog-e vagy sem, akkor beszélhetünk, ha teljesen világos ahhoz képest, hogy mit (a referenciatestet) változtat a helyzete. A referenciarendszer olyan elemek halmaza, mint a referenciatest, valamint a hozzá tartozó koordinátarendszerek és időreferenciarendszerek. Ezekhez az elemekhez viszonyítva bármely test mozgását figyelembe vesszük, vagy Matematikailag egy objektum (pont) mozgását a választott vonatkoztatási rendszerhez képest egyenletek írják le, amelyek meghatározzák, hogy a koordináták, amelyek meghatározzák az objektum helyzetét ebben a rendszerben. időbeli változás. Az ilyen egyenleteket, amelyek meghatározzák a mozgás relativitáselméletét, mozgásegyenleteknek nevezzük.

A modern mechanikában egy tárgy bármilyen mozgása relatív, ezért csak egy másik objektumhoz (referenciatesthez) vagy testek egész rendszeréhez viszonyítva kell tekinteni. Például nem lehet egyszerűen rámutatni arra, hogy a Hold egyáltalán mozog. A helyes állítás az lenne, hogy a Hold a Naphoz, a Földhöz és a csillagokhoz viszonyítva mozog.

A mechanikában gyakran a vonatkoztatási rendszer nem a testhez kapcsolódik, hanem a koordinátarendszert meghatározó (valós vagy fiktív) alaptestek teljes kontinuumához.

A filmek gyakran különböző testekhez viszonyítva mutatnak mozgást. Így például egyes képkockákban egy vonatot mutatnak, amely valamilyen táj hátterében mozog (ez mozgás a Föld felszínéhez képest), a következőben pedig egy kocsi rekeszét, amelyen fák villognak az ablakokon (mozgás). egy kocsihoz képest). A test bármely mozgása vagy pihenése, amely a mozgás speciális esete, relatív. Ezért egy egyszerű kérdés megválaszolásakor, hogy egy test mozog-e vagy nyugalomban van-e, és hogyan mozog, tisztázni kell, hogy mely tárgyakkal kapcsolatban gondoljuk mozgását. A referenciarendszerek kiválasztása általában a probléma meghatározott feltételeitől függően történik.