Fizika relativnega gibanja. KS. Relativnost gibanja. Relativnost poti, trajektorije in hitrosti
Če v mirnem vremenu potnik, ki se zbudi v kabini jadrnice, pogleda skozi okno, ne bo takoj razumel, ali ladja pluje ali lebdi. Za debelim steklom je monotona gladina morja, zgoraj je modro nebo z nepremičnimi oblaki. Vendar pa bo jahta v vsakem primeru v gibanju. Poleg tega v več gibih hkrati glede na različne referenčne sisteme. Tudi brez upoštevanja kozmičnega obsega se ta oseba, ki miruje glede na trup jahte, znajde v stanju gibanja glede na maso vode, ki jo obdaja. To se vidi na sledi. Toda tudi če jahta pluje s spuščenim jadrom, se premika z vodnim tokom, ki tvori morski tok.
Tako je vsako telo, ki miruje glede na eno telo (referenčni sistem), hkrati v stanju gibanja glede na drugo telo (drugi referenčni sistem).
Galilejev princip relativnosti
O relativnosti gibanja so razmišljali že srednjeveški znanstveniki, v renesansi pa so se te ideje še dodatno razvile. "Zakaj ne čutimo vrtenja Zemlje?" – so se spraševali misleci. Galileo Galilei je dal jasno formulacijo načela relativnosti, ki temelji na fizikalnih zakonih. "Za predmete, zajete z enakomernim gibanjem," je zaključil znanstvenik, "se zdi, da slednje ne obstaja in kaže svoj učinek le na stvari, ki pri tem ne sodelujejo." Res je, da ta izjava velja le v okviru zakonov klasične mehanike.
Relativnost poti, trajektorije in hitrosti
Prevožena razdalja, trajektorija in hitrost telesa ali točke bodo prav tako relativne glede na izbrani referenčni sistem. Vzemite primer človeka, ki hodi skozi vagone. Njegova pot v določenem časovnem obdobju glede na vlak bo enaka razdalji, ki jo prepotujejo njegove lastne noge. Pot bo sestavljena iz prevožene razdalje in razdalje, ki jo je neposredno prepotovala oseba, ne glede na to, v katero smer je hodila. Enako s hitrostjo. Toda tukaj bo hitrost gibanja osebe glede na tla višja od hitrosti gibanja - če oseba hodi v smeri vlaka, in nižja - če hodi v nasprotni smeri gibanja.
Primerno je izslediti relativnost poti točke na primeru matice, ki je pritrjena na rob kolesa in drži napero. Glede na rob bo negiben. Glede na telo kolesa bo to tir kroga. In glede na tla bo pot te točke neprekinjena veriga polkrogov.
Predlagam igro: izberite predmet v sobi in opišite njegovo lokacijo. Naredite to tako, da se ugibalec ne bo zmotil. Se je izšlo? Kaj bo iz opisa, če ne uporabimo drugih teles? Ostali bodo izrazi: »levo od ...«, »zgoraj ...« in podobno. Položaj telesa je mogoče samo nastaviti glede na neko drugo telo.
Lokacija zaklada: »Postanite na vzhodnem vogalu skrajne hiše, obrnite se proti severu in, ko ste prehodili 120 korakov, se obrnite proti vzhodu in prehodite 200 korakov, izkopljite luknjo v velikosti 10 komolcev in našli boste 100 zlate palice." Nemogoče je najti zaklad, sicer bi ga že zdavnaj izkopali. Zakaj? Telo, v zvezi s katerim se opisuje, ni opredeljeno, v kateri vasi se prav ta hiša nahaja, ni znano. Potrebno je natančno določiti telo, ki bo služilo kot osnova za naš prihodnji opis. V fiziki se tako telo imenuje referenčno telo. Izberemo ga lahko poljubno. Na primer, poskusite izbrati dve različni referenčni telesi in opišite lokacijo računalnika v sobi glede na njiju. Obstajata dva opisa, ki se med seboj razlikujeta.
Koordinatni sistem
Poglejmo sliko. Kje je drevo glede na kolesarja I, kolesarja II in nas, ki gledamo v monitor?
Glede na referenčno telo - kolesarja I - je drevo na desni, glede na referenčno telo - kolesarja II - je drevo na levi, glede na nas je spredaj. Eno in isto telo - drevo, ki se nenehno nahaja na istem mestu, hkrati "levo", "desno" in "spredaj". Težava ni le v tem, da so izbrana različna referenčna telesa. Oglejmo si njegovo lokacijo glede na kolesarja I.
Na tej sliki je drevo na desni od kolesarja I
Na tej sliki je drevo levo od kolesarja I
Drevo in kolesar nista spremenila svoje lege v prostoru, lahko pa je drevo hkrati »na levi« in »na desni«. Da se znebimo dvoumnosti pri opisu same smeri, bomo določeno smer izbrali kot pozitivno, nasprotje izbrane bo negativno. Izbrano smer označuje os s puščico, pri čemer puščica kaže pozitivno smer. V našem primeru bomo izbrali in določili dve smeri. Od leve proti desni (os, po kateri se premika kolesar) in od nas znotraj monitorja do drevesa - to je druga pozitivna smer. Če prvo smer, ki smo jo izbrali, označimo kot X, drugo - kot Y, dobimo dvodimenzionalno koordinatni sistem.
Kolesar se glede na nas giblje v negativni smeri vzdolž X osi, drevo pa v pozitivni smeri vzdolž Y osi
Relativno na nas se kolesar giblje v pozitivni smeri vzdolž X osi, drevo pa v pozitivni smeri vzdolž Y osi
Zdaj določite, kateri predmet v sobi je 2 metra v pozitivni smeri X (na vaši desni) in 3 metre v negativni smeri Y (za vami). (2;-3) - koordinate to telo. Prva številka "2" običajno označuje lokacijo vzdolž osi X, druga številka "-3" označuje lokacijo vzdolž osi Y. Je negativna, ker os Y ni na strani drevesa, ampak na nasprotni strani strani. Ko sta izbrano referenčno telo in smer, bo lokacija katerega koli predmeta nedvoumno opisana. Če se obrnete s hrbtom proti monitorju, bo desno in za vami drug predmet, vendar bodo njegove koordinate drugačne (-2;3). Tako koordinate natančno in nedvoumno določajo lokacijo objekta.
Prostor, v katerem živimo, je prostor treh dimenzij, kot pravijo, tridimenzionalni prostor. Poleg tega, da je telo lahko »desno« (»levo«), »spredaj« (»zadaj«), je lahko tudi »nad« ali »pod« vami. To je tretja smer - običajno jo označimo kot os Z
Ali je mogoče izbrati različne smeri osi? Lahko. Vendar ne morete spremeniti njihove usmeritve, medtem ko na primer rešujete eno težavo. Ali lahko izberem druga imena osi? Možno je, vendar tvegate, da vas drugi ne bodo razumeli; bolje je, da tega ne storite. Ali je možno zamenjati os X z osjo Y? Lahko, vendar naj vas koordinate ne zmedejo: (x;y).
Ko se telo giblje premočrtno, je za določitev njegovega položaja dovolj ena koordinatna os.
Za opis gibanja po ravnini se uporablja pravokotni koordinatni sistem, sestavljen iz dveh medsebojno pravokotnih osi (kartezični koordinatni sistem).
S pomočjo tridimenzionalnega koordinatnega sistema lahko določite položaj telesa v prostoru.
Referenčni sistem
Vsako telo v katerem koli trenutku zaseda določen položaj v prostoru glede na druga telesa. Že vemo, kako določiti njegov položaj. Če se položaj telesa s časom ne spremeni, potem telo miruje. Če se položaj telesa s časom spreminja, to pomeni, da se telo premika. Vse na svetu se zgodi nekje in nekoč: v prostoru (kje?) in v času (kdaj?). Če referenčnemu telesu, koordinatnemu sistemu, ki določa lego telesa, dodamo še način merjenja časa - uro, dobimo referenčni sistem. S pomočjo katerega lahko ocenite, ali se telo giblje ali miruje.
Relativnost gibanja
Astronavt je šel v vesolje. Ali je v stanju mirovanja ali gibanja? Če ga upoštevamo glede na kozmonavtovega prijatelja, ki je v bližini, bo ta miroval. In če se astronavt glede na opazovalca na Zemlji premika z ogromno hitrostjo. Enako je s potovanjem z vlakom. Glede ljudi na vlaku nepremično sediš in bereš knjigo. Toda glede na ljudi, ki so ostali doma, se premikate s hitrostjo vlaka.
Primeri izbire referenčnega telesa, glede na katerega se na sliki a) giblje vlak (glede na drevesa), na sliki b) pa vlak miruje glede na dečka.
Sedimo v kočiji in čakamo na odhod. V oknu opazujemo vlak na vzporednem tiru. Ko se začne premikati, je težko ugotoviti, kdo se premika - naš vagon ali vlak za oknom. Za odločitev je treba oceniti, ali se premikamo glede na druge nepremične predmete zunaj okna. Ocenjujemo stanje našega vagona glede na različne referenčne sisteme.
Spreminjanje odmika in hitrosti v različnih referenčnih sistemih
Premik in hitrost se spreminjata pri premikanju iz enega referenčnega sistema v drugega.
Hitrost osebe glede na tla (nepremični referenčni sistem) je v prvem in drugem primeru različna.
Pravilo dodajanja hitrosti: Hitrost telesa glede na nepremični referenčni okvir je vektorska vsota hitrosti telesa glede na gibajoči se referenčni sistem in hitrosti gibljivega referenčnega sistema glede na mirujočega.
Podobno kot vektor pomika. Pravilo za dodajanje gibov: Premik telesa glede na nepremični referenčni sistem je vektorska vsota odmika telesa glede na gibajoči se referenčni sistem in odmika gibljivega referenčnega sistema glede na mirujočega.
Oseba naj hodi po vagonu v smeri (ali proti) gibanju vlaka. Človek je telo. Zemlja je fiksni referenčni okvir. Kočija je gibljiv referenčni okvir.
Spreminjanje trajektorije v različnih referenčnih sistemih
Pot gibanja telesa je relativna. Na primer, razmislite o propelerju helikopterja, ki se spušča na Zemljo. Točka na propelerju opisuje krog v referenčnem sistemu, ki je povezan s helikopterjem. Pot te točke v referenčnem sistemu, povezanem z Zemljo, je vijačnica.
Gibanje naprej
Gibanje telesa je sprememba njegovega položaja v prostoru glede na druga telesa skozi čas. Vsako telo ima določene dimenzije, včasih so različne točke telesa na različnih mestih v prostoru. Kako določiti položaj vseh točk telesa?
AMPAK! Včasih ni treba označiti položaja vsake točke na telesu. Razmislimo o podobnih primerih. Na primer, tega ni treba storiti, ko se vse točke telesa premikajo na enak način.
Vsi tokovi kovčka in avtomobila se gibljejo enako.
Imenuje se gibanje telesa, pri katerem se vse njegove točke gibljejo enako progresivno
Materialna točka
Gibanja posamezne točke telesa ni treba opisovati, tudi če so njene dimenzije zelo majhne v primerjavi z razdaljo, ki jo prepotuje. Na primer ladja, ki prečka ocean. Astronomi pri opisovanju gibanja planetov in nebesnih teles drug glede na drugega ne upoštevajo njihove velikosti in lastnega gibanja. Kljub temu, da je na primer Zemlja ogromna, je glede na razdaljo do Sonca zanemarljiva.
Ni treba upoštevati gibanja posamezne točke telesa, če ne vplivajo na gibanje celotnega telesa. Tako telo lahko predstavimo s točko. Kot da bi vso snov telesa skoncentrirali v točko. Dobimo model telesa, brez dimenzij, ima pa maso. Tako je materialna točka.
Isto telo z nekaterimi svojimi gibi lahko štejemo za materialno točko, z drugimi pa ne. Na primer, ko deček hodi od doma do šole in hkrati premaga razdaljo 1 km, potem se lahko v tem gibanju šteje za materialno točko. Ko pa isti fant izvaja vaje, se ne more več šteti za točko.
Razmislite o premikanju športnikov
V tem primeru lahko športnika modelira materialna točka
V primeru športnikovega skoka v vodo (slika desno) ga je nemogoče modelirati v točki, saj je gibanje celotnega telesa odvisno od katerega koli položaja rok in nog.
Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti
1) Položaj telesa v prostoru je določen glede na referenčno telo;
2) Treba je določiti osi (njihove smeri), tj. koordinatni sistem, ki določa koordinate telesa;
3) Gibanje telesa je določeno glede na referenčni sistem;
4) V različnih referenčnih sistemih je lahko hitrost telesa različna;
5) Kaj je materialna točka
Bolj zapletena situacija dodajanja hitrosti. Naj človek prečka reko v čolnu. Čoln je preučevano telo. Fiksni referenčni okvir je zemlja. Gibljivi referenčni okvir je reka.
Hitrost čolna glede na tla je vektorska vsota
Kakšen je premik katere koli točke, ki se nahaja na robu diska s polmerom R, ko se zasuka glede na stojalo za 600? ob 1800? Rešite v referenčnih okvirih, povezanih s stojalom in diskom.
V referenčnem okviru, povezanem s stojalom, sta pomika enaka R in 2R. V referenčnem okviru, povezanem z diskom, je premik vedno enak nič.
Zakaj dežne kaplje v mirnem vremenu pustijo nagnjene ravne proge na oknih enakomerno premikajočega se vlaka?
V referenčnem sistemu, povezanem z Zemljo, je pot padca navpična črta. V referenčnem okviru, povezanem z vlakom, je gibanje kapljice na steklu rezultat seštevanja dveh pravokotnih in enakomernih gibov: vlaka in enakomernega padca kapljice v zraku. Zato je sled kapljice na steklu nagnjena.
Kako lahko določite svojo hitrost teka, če trenirate na tekalni stezi s pokvarjenim avtomatskim zaznavanjem hitrosti? Navsezadnje se ne morete premakniti niti enega metra glede na stene dvorane.
Ali je mogoče mirovati in se kljub temu premikati hitreje kot dirkalnik formule 1? Izkazalo se je, da je to mogoče. Vsako gibanje je odvisno od izbire referenčnega sistema, torej vsako gibanje je relativno. Tema današnje lekcije: “Relativnost gibanja. Zakon seštevanja pomikov in hitrosti." Naučili se bomo izbrati referenčni sistem v danem primeru ter poiskati premik in hitrost telesa.
Mehansko gibanje je sprememba položaja telesa v prostoru glede na druga telesa skozi čas. Ključni stavek v tej definiciji je "glede na druga telesa." Vsak od nas je negiben glede na katero koli površino, vendar se glede na Sonce skupaj s celotno Zemljo gibljemo orbitalno s hitrostjo 30 km/s, torej je gibanje odvisno od referenčnega sistema.
Referenčni sistem je niz koordinatnih sistemov in ur, povezanih s telesom, glede na katerega preučujemo gibanje. Na primer, ko opisujemo gibanje potnikov v avtomobilu, lahko referenčni sistem povežemo z obcestno kavarno ali z notranjostjo avtomobila ali s premikajočim se nasproti vozečim avtomobilom, če ocenjujemo čas prehitevanja (slika 1). .
riž. 1. Izbira referenčnega sistema
Katere fizikalne količine in pojmi so odvisni od izbire referenčnega sistema?
1. Položaj ali koordinate telesa
Oglejmo si poljubno točko. V različnih sistemih ima različne koordinate (slika 2).
riž. 2. Koordinate točke v različnih koordinatnih sistemih
2. Trajektorija
Razmislite o tiru točke na propelerju letala v dveh referenčnih sistemih: referenčnem sistemu, povezanem s pilotom, in referenčnem sistemu, povezanem z opazovalcem na Zemlji. Za pilota bo ta točka izvajala krožno rotacijo (slika 3).
riž. 3. Krožno vrtenje
Medtem ko bo za opazovalca na Zemlji tirnica te točke vijačnica (slika 4). Očitno je tirnica odvisna od izbire referenčnega sistema.
riž. 4. Vijačna pot
Relativnost trajektorije. Trajektorije gibanja teles v različnih referenčnih sistemih
Razmislimo, kako se tir gibanja spreminja glede na izbiro referenčnega sistema na primeru problema.
Naloga
Kakšna bo tirnica točke na koncu propelerja v različnih referenčnih točkah?
1. V CO, ki je povezan s pilotom letala.
2. V CO, ki je povezan z opazovalcem na Zemlji.
rešitev:
1. Niti pilot niti propeler se ne premikata glede na letalo. Za pilota bo trajektorija točke videti kot krog (slika 5).
riž. 5. Trajektorija točke glede na pilota
2. Za opazovalca na Zemlji se točka premika na dva načina: z vrtenjem in premikanjem naprej. Pot bo vijačna (slika 6).
riž. 6. Trajektorija točke glede na opazovalca na Zemlji
Odgovori : 1) krog; 2) vijačnica.
Na primeru tega problema smo bili prepričani, da je trajektorija relativen koncept.
Kot neodvisni test predlagamo, da rešite naslednjo težavo:
Kakšna bo tirnica točke na koncu kolesa glede na središče kolesa, če se to kolo premika naprej, in glede na točke na tleh (nepremični opazovalec)?
3. Gibanje in pot
Poglejmo si situacijo, ko splav lebdi in v nekem trenutku plavalec skoči z njega in poskuša prepluti na nasprotno obalo. Gibanje plavalca glede na ribiča, ki sedi na obali, in glede na splav bo različno (slika 7).
Gibanje glede na tla se imenuje absolutno, glede na premikajoče se telo pa relativno. Gibanje premikajočega se telesa (splava) glede na mirujoče telo (ribiča) imenujemo prenosno.
riž. 7. Gibanje plavalca
Iz primera sledi, da sta premik in pot relativni količini.
4. Hitrost
S prejšnjim primerom lahko preprosto pokažete, da je tudi hitrost relativna količina. Navsezadnje je hitrost razmerje med gibanjem in časom. Naš čas je enak, a naše potovanje je drugačno. Zato bo hitrost drugačna.
Imenuje se odvisnost značilnosti gibanja od izbire referenčnega sistema relativnost gibanja.
V zgodovini človeštva so bili dramatični primeri, povezani prav z izbiro referenčnega sistema. Usmrtitev Giordana Bruna, abdikacija Galilea Galileja - vse to so posledice boja med zagovorniki geocentričnega referenčnega sistema in heliocentričnega referenčnega sistema. Človeštvo se je bilo zelo težko navaditi na misel, da Zemlja sploh ni središče vesolja, ampak povsem običajen planet. In gibanje se lahko šteje ne le glede na Zemljo, to gibanje bo absolutno in relativno glede na Sonce, zvezde ali katera koli druga telesa. Opisovanje gibanja nebesnih teles v referenčnem sistemu, povezanem s Soncem, je veliko bolj priročno in enostavnejše, to sta najprej prepričljivo pokazala Kepler, nato pa še Newton, ki je na podlagi upoštevanja gibanja Lune okoli Zemlje izpeljal svoj slavni zakon univerzalne gravitacije.
Če rečemo, da so trajektorija, pot, premik in hitrost relativne, torej odvisne od izbire referenčnega sistema, potem tega ne rečemo o času. V okviru klasične oziroma Newtonove mehanike je čas absolutna vrednost, torej teče v vseh referenčnih sistemih enako.
Razmislimo, kako najti premik in hitrost v enem referenčnem sistemu, če sta nam znana v drugem referenčnem sistemu.
Poglejmo prejšnjo situacijo, ko splav lebdi in v nekem trenutku plavalec skoči z njega in poskuša prepluti na nasprotno obalo.
Kako je gibanje plavalca glede na mirujočo SO (povezano z ribičem) povezano z gibanjem relativno mobilne SO (povezano s splavom) (slika 8)?
riž. 8. Ilustracija k nalogi
Imenovali smo gibanje v mirujočem referenčnem sistemu . Iz vektorskega trikotnika sledi, da 
. Zdaj pa preidimo na iskanje razmerja med hitrostmi. Naj spomnimo, da je v okviru Newtonove mehanike čas absolutna vrednost (čas v vseh referenčnih sistemih teče enako). To pomeni, da lahko vsak člen iz prejšnje enakosti delimo s časom. Dobimo:
To je hitrost, s katero se giblje plavalec za ribiča;
To je lastna hitrost plavalca;
To je hitrost splava (hitrost reke).
Problem z zakonom seštevanja hitrosti
Oglejmo si zakon seštevanja hitrosti z uporabo primera problema.
Naloga
Dva avtomobila se premikata drug proti drugemu: prvi avto s hitrostjo , drugi s hitrostjo . S kakšno hitrostjo se avtomobila približujeta drug drugemu (slika 9)?
riž. 9. Ilustracija k nalogi
rešitev
Uporabimo zakon seštevanja hitrosti. Da bi to naredili, pojdimo od običajnega CO, povezanega z Zemljo, do CO, povezanega s prvim avtomobilom. Tako prvi avtomobil miruje, drugi pa se s hitrostjo premika proti njemu (relativna hitrost). S kakšno hitrostjo se Zemlja vrti okoli prvega avtomobila, če prvi avtomobil miruje? Vrti se s hitrostjo, hitrost pa je usmerjena v smeri hitrosti drugega avtomobila (prenosna hitrost). Dva vektorja, ki sta usmerjena vzdolž iste premice, se seštejeta. .
odgovor: .
Meje uporabnosti zakona seštevanja hitrosti. Zakon seštevanja hitrosti v teoriji relativnosti
Dolgo časa je veljalo, da je klasični zakon seštevanja hitrosti vedno veljaven in uporaben za vse referenčne sisteme. Vendar se je pred približno leti izkazalo, da v nekaterih situacijah ta zakon ne deluje. Razmislimo o tem primeru z uporabo primera problema.
Predstavljajte si, da ste na vesoljski raketi, ki se premika s hitrostjo . In kapitan vesoljske rakete prižge svetilko v smeri gibanja rakete (slika 10). Hitrost širjenja svetlobe v vakuumu je. Kakšna bo svetlobna hitrost za mirujočega opazovalca na Zemlji? Ali bo enaka vsoti hitrosti svetlobe in rakete?
riž. 10. Ilustracija k nalogi
Dejstvo je, da se tu fizika sooča z dvema protislovnima konceptoma. Po eni strani je po Maxwellovi elektrodinamiki največja hitrost svetlobna hitrost in je enaka . Po drugi strani pa je po Newtonovi mehaniki čas absolutna vrednost. Problem je bil rešen, ko je Einstein predlagal posebno teorijo relativnosti oziroma njene postulate. Bil je prvi, ki je predlagal, da čas ni absoluten. Se pravi, nekje teče hitreje, nekje počasneje. Seveda v našem svetu nizkih hitrosti tega učinka ne opazimo. Da bi občutili to razliko, se moramo gibati s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti. Na podlagi Einsteinovih zaključkov je bil pridobljen zakon seštevanja hitrosti v posebni teoriji relativnosti. Videti je takole:
To je hitrost glede na stacionarni CO;
To je hitrost relativno mobilnega CO;
To je hitrost premikajočega se CO glede na mirujočo CO.
Če nadomestimo vrednosti iz našega problema, ugotovimo, da bo svetlobna hitrost za mirujočega opazovalca na Zemlji .
Spor je bil rešen. Lahko se tudi prepričate, da če so hitrosti zelo majhne v primerjavi s svetlobno hitrostjo, potem se formula za teorijo relativnosti spremeni v klasično formulo za seštevanje hitrosti.
V večini primerov bomo uporabili klasično pravo.
Danes smo ugotovili, da je gibanje odvisno od referenčnega sistema, da so hitrost, pot, gibanje in trajektorija relativni pojmi. In čas je v okviru klasične mehanike absolutni pojem. Z analizo nekaj tipičnih primerov smo se naučili uporabiti pridobljeno znanje.
Bibliografija
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (osnovna raven) - M.: Mnemosyne, 2012.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10. razred. - M.: Mnemosyne, 2014.
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika - 9, Moskva, Izobraževanje, 1990.
- Internetni portal Class-fizika.narod.ru ().
- Internetni portal Nado5.ru ().
- Internetni portal Fizika.ayp.ru ().
Domača naloga
- Določite relativnost gibanja.
- Katere fizikalne količine so odvisne od izbire referenčnega sistema?
Predstavljajte si električni vlak. Tiho potuje po tirnicah in prevaža potnike v njihove dače. In nenadoma huligan in parazit Sidorov, ki sedi v zadnjem vagonu, opazi, da inšpektorji vstopajo v vagon na postaji Sady. Sidorov seveda ni kupil vozovnice, še manj pa želi plačati kazen.
Relativnost gibanja prostih voznikov na vlaku
In tako se hitro presede v drug vagon, da ga ne bi ujeli. Kontrolorji, ki so pregledali vozovnice vseh potnikov, se premaknejo v isto smer. Sidorov se spet premakne v naslednji vagon in tako naprej.
In tako, ko pride do prvega vagona in ni več kam naprej, se izkaže, da je vlak ravno prispel na postajo Ogorody, ki jo potrebuje, in srečen Sidorov izstopi, vesel, da je vozil kot zajec in ga niso ujeli. .
Kaj se lahko naučimo iz te akcijske zgodbe? Za Sidorova se lahko nedvomno veselimo, poleg tega pa lahko odkrijemo še eno zanimivost.
Medtem ko je vlak v petih minutah prevozil pet kilometrov od postaje Sady do postaje Ogorody, je Sidorov zajec prevozil enako razdaljo in razdaljo, ki je enaka dolžini vlaka, v katerem je potoval, to je približno pet tisoč dvesto metrov. v istih petih minutah.
Izkazalo se je, da se je Sidorov premikal hitreje od vlaka. Vendar pa so krmilniki, ki so mu sledili, razvili enako hitrost. Glede na to, da je bila hitrost vlaka okoli 60 km/h, je bil čas, da vsem podelimo nekaj olimpijskih medalj.
Vendar se seveda nihče ne bo ukvarjal s takšno neumnostjo, saj vsi razumejo, da je Sidorovovo neverjetno hitrost razvil le glede na stacionarne postaje, tirnice in zelenjavne vrtove, to hitrost pa je določalo gibanje vlaka in ne pri vse zaradi Sidorovljevih neverjetnih sposobnosti.
V zvezi z vlakom se Sidorov sploh ni premikal hitro in ni dosegel niti olimpijske medalje, ampak celo trak z nje. Tu naletimo na koncept relativnosti gibanja.
Koncept relativnosti gibanja: primeri
Relativnost gibanja nima definicije, saj ni fizikalna količina. Relativnost mehanskega gibanja se kaže v tem, da so nekatere značilnosti gibanja, kot so hitrost, pot, trajektorija ipd., relativne, torej odvisne od opazovalca. V različnih referenčnih sistemih bodo te značilnosti različne.
Poleg primera z državljanom Sidorovom na vlaku lahko vzamete skoraj vsako gibanje katerega koli telesa in pokažete, kako relativno je. Ko greste v službo, se premikate naprej glede na vašo hišo in se hkrati premikate nazaj glede na avtobus, ki ste ga zamudili.
Stojiš pri miru glede na predvajalnik v žepu in hitiš z veliko hitrostjo glede na zvezdo, imenovano Sonce. Vsak vaš korak bo velikanska razdalja za molekulo asfalta in nepomemben za planet Zemljo. Vsako gibanje, tako kot vse njegove značilnosti, je vedno smiselno le v odnosu do nečesa drugega.
V šolskem kurikulumu je tudi določilo, da se lahko kakršno koli gibanje enega telesa posname le glede na drugo telo. Ta položaj se imenuje izraz "relativnost gibanja". Iz slik v učbenikih je bilo jasno, da je za nekoga, ki stoji na bregu reke, čoln, ki pluje mimo, sestavljen iz njegove hitrosti in hitrosti rečnega toka. Po tako podrobnem premisleku postane jasno, da nas relativnost gibanja obdaja v vseh vidikih našega življenja. Hitrost predmeta je relativna količina, toda njen izpeljanka, pospešek, postane tudi v tem, da je pospešek vključen v formulo drugega Newtonovega zakona (temeljni zakon mehanike). Po tem zakonu daje vsaka sila, ki deluje na telo, temu sorazmeren pospešek. Relativnost gibanja nas sili k dodatnemu vprašanju: glede na katero telo je dan pospešek?
Ta zakon ne vsebuje nobenih razlag o tej zadevi, vendar s preprostimi logičnimi sklepi lahko pridemo do zaključka, da ker je sila merilo vpliva enega telesa (1) na drugo (2), potem ta ista sila pospešuje telo (2) glede na telo (1) in ne le nek abstrakten pospešek.
Relativnost gibanja je odvisnost določenega telesa, določene poti, hitrosti in gibanja od izbranih referenčnih sistemov. Z vidika kinematike so vsi uporabljeni referenčni sistemi enaki, hkrati pa so vse kinematične značilnosti tega gibanja (trajektorija, hitrost, premik) v njih različne. Vse količine, ki so odvisne od izbranega referenčnega sistema, s katerim jih bomo merili, imenujemo relativne.
Relativnost gibanja, ki jo je zelo težko definirati brez natančnega upoštevanja drugih konceptov, zahteva natančne matematične izračune. O tem, ali se telo giblje ali ne, lahko govorimo, ko je povsem jasno, glede na kaj (referenčno telo) se spreminja njegov položaj. Referenčni sistem je niz elementov, kot je referenčno telo, ter z njim povezani koordinatni sistemi in časovni referenčni sistemi. V zvezi s temi elementi se obravnava gibanje poljubnih teles ali matematično je gibanje predmeta (točke) glede na izbrani referenčni sistem opisano z enačbami, ki ugotavljajo, kako koordinate, ki določajo položaj predmeta v tem sistemu sprememba v času. Take enačbe, ki določajo relativnost gibanja, imenujemo enačbe gibanja.
V sodobni mehaniki je vsako gibanje predmeta relativno, zato ga je treba obravnavati le v povezavi z drugim predmetom (referenčnim telesom) ali celotnim sistemom teles. Na primer, ne morete preprosto poudariti, da se Luna sploh premika. Pravilna trditev bi bila, da se Luna giblje glede na Sonce, Zemljo in zvezde.
Pogosto v mehaniki referenčni sistem ni povezan s telesom, temveč s celotnim kontinuumom osnovnih teles (resničnih ali fiktivnih), ki določajo koordinatni sistem.
Filmi pogosto prikazujejo gibanje glede na različna telesa. Tako na primer v nekaterih okvirih prikazujejo vlak, ki se premika v ozadju neke pokrajine (to je gibanje glede na površino Zemlje), v naslednjem pa kupe vagona z drevesi, ki utripajo skozi okna (gibanje glede na en voziček). Vsako gibanje ali mirovanje telesa, ki je poseben primer gibanja, je relativno. Zato je pri odgovoru na preprosto vprašanje, ali se telo giblje ali miruje in kako se giblje, treba pojasniti, glede na katere predmete se njegovo gibanje obravnava. Izbira referenčnih sistemov je praviloma odvisna od navedenih pogojev problema.
