Göreli hareket fiziği. KS. Hareketin göreliliği. Yol, yörünge ve hızın göreliliği

Sakin havalarda bir yelkenli yatın kabininde uyanan bir yolcu pencereden dışarı bakarsa, geminin yelkenli mi yoksa akıntıya mı sürüklendiğini hemen anlamayacaktır. Kalın camın arkasında denizin monoton yüzeyi, üstünde ise hareketsiz bulutların olduğu mavi gökyüzü var. Ancak her durumda yat hareket halinde olacaktır. Üstelik farklı referans sistemlerine göre aynı anda birden fazla harekette. Kozmik ölçek dikkate alınmaksızın bile yatın gövdesine göre hareketsiz olan bu kişi, kendisini çevreleyen su kütlesine göre hareket halinde bulur. Bu, sonradan görülebilir. Ancak yat, yelkeni kapalıyken sürükleniyor olsa bile deniz akıntısını oluşturan su akışıyla birlikte hareket eder.

Böylece, bir cisme göre hareketsiz olan herhangi bir cisim (referans sistemi), aynı anda başka bir cisme (başka bir referans sistemi) göre hareket halindedir.

Galileo'nun görelilik ilkesi

Ortaçağ bilim adamları zaten hareketin göreliliği hakkında düşünüyorlardı ve Rönesans'ta bu fikirler daha da geliştirildi. “Neden Dünyanın dönüşünü hissetmiyoruz?” – düşünürler merak etti. Galileo Galilei, görelilik ilkesine fiziksel yasalara dayanan net bir formülasyon verdi. Bilim adamı, "Tek biçimli hareketle yakalanan nesneler için," diye sonuçlandırdı, "bu ikincisi var gibi görünmüyor ve etkisini yalnızca ona katılmayan şeyler üzerinde gösteriyor." Doğru, bu ifade yalnızca klasik mekaniğin yasaları çerçevesinde geçerlidir.

Yolun, yörüngenin ve hızın göreliliği

Bir cismin veya noktanın kat ettiği mesafe, yörüngesi ve hızı da seçilen referans sistemine bağlı olarak göreceli olacaktır. Arabaların arasında yürüyen adamı örnek alın. Belirli bir süre boyunca trene göre kat edeceği yol, kendi ayaklarının kat ettiği mesafeye eşit olacaktır. Yol, hangi yöne yürüdüğüne bakılmaksızın kat edilen mesafe ve kişinin doğrudan kat ettiği mesafeden oluşacaktır. Hız konusunda da aynı şey geçerli. Ancak burada bir kişinin yere göre hareketinin hızı, eğer kişi tren yönünde yürüyorsa, hareket hızından daha yüksek, hareketin ters yönünde yürüyorsa daha düşük olacaktır.

Bir bisiklet tekerleğinin kenarına tutturulmuş ve bir jant teli tutan bir somun örneğini kullanarak bir noktanın yörüngesinin göreliliğini izlemek uygundur. Janta göre hareketsiz olacaktır. Bisikletin gövdesine göre bu bir dairenin yörüngesi olacaktır. Ve yere göre bu noktanın yörüngesi sürekli bir yarım daire zinciri olacaktır.

Bir oyun öneriyorum: odadan bir nesne seçin ve yerini tanımlayın. Bunu tahmincinin hata yapamayacağı şekilde yapın. İşe yaradı mı? Diğer bedenler kullanılmazsa açıklamadan ne çıkacak? Şu ifadeler kalacaktır: “solunda…”, “yukarıda…” ve benzeri. Vücut pozisyonu yalnızca ayarlanabilir başka bir bedene göre.

Hazinenin yeri: “En dıştaki evin doğu köşesinde durun, kuzeye dönün ve 120 adım yürüdükten sonra doğuya dönün ve 200 adım yürüyün, bu yerde 10 arşın büyüklüğünde bir çukur kazın ve 100 arşın bulacaksınız. altın külçeleri.” Hazineyi bulmak imkansızdır, aksi takdirde çoktan kazılmış olurdu. Neden? Tanımın yapıldığı beden tanımlanmamıştır; o evin hangi köyde olduğu bilinmemektedir. Gelecekteki açıklamamıza temel oluşturacak bedeni doğru bir şekilde belirlemek gerekir. Fizikte böyle bir cismin adı referans kuruluşu. İsteğe bağlı olarak seçilebilir. Örneğin, iki farklı referans gövdesi seçmeye çalışın ve bir bilgisayarın odadaki konumunu bunlara göre tanımlayın. Birbirinden farklı iki açıklama olacak.

Koordinat sistemi

Şimdi resme bakalım. Bisikletçi I, bisikletçi II ve ekrana bakan bize göre ağaç nerede?

Referans bedene (bisikletçi I) göre ağaç sağda, referans bedene (bisikletçi II) göre ağaç solda, bize göre ise önde. Tek ve aynı gövde - sürekli aynı yerde, aynı anda "solda", "sağda" ve "önde" bulunan bir ağaç. Sorun yalnızca farklı referans kuruluşlarının seçilmesi değildir. Bisikletçi I'e göre konumunu düşünelim.

Bu resimde bir ağaç var sağda bisikletçiden ben

Bu resimde bir ağaç var sol bisikletçiden ben

Ağaç ve bisikletçinin uzaydaki yerleri değişmemiştir ancak ağaç aynı anda hem “solda” hem de “sağda” olabilir. Yön tanımındaki belirsizlikten kurtulmak için belli bir yönü pozitif, seçilen yönün tersini negatif olarak seçeceğiz. Seçilen yön oklu bir eksenle gösterilir; ok pozitif yönü gösterir. Örneğimizde iki yönü seçip belirleyeceğiz. Soldan sağa (bisikletçinin hareket ettiği eksen) ve bizden monitörün içinden ağaca doğru - bu ikinci olumlu yöndür. Seçtiğimiz ilk yön X, ikinci yön ise Y olarak gösterilirse iki boyutlu bir sonuç elde ederiz. koordinat sistemi.

Bize göre bisikletçi X ekseni boyunca negatif yönde hareket ediyor, ağaç ise Y ekseni boyunca pozitif yönde hareket ediyor

Bize göre bisikletçi X ekseni boyunca pozitif yönde hareket ediyor, ağaç ise Y ekseni boyunca pozitif yönde hareket ediyor

Şimdi odadaki hangi nesnenin pozitif X yönünde (sağınızda) 2 metre, negatif Y yönünde (arkanızda) 3 metre olduğunu belirleyin. (2;-3) - koordinatlar bu vücut. İlk sayı “2” genellikle X ekseni boyunca konumu belirtir, ikinci sayı “-3” ise Y ekseni boyunca konumu belirtir. Negatiftir çünkü Y ekseni ağacın yanında değil, karşı tarafındadır. taraf. Referans gövdesi ve yön seçildikten sonra herhangi bir nesnenin konumu açık bir şekilde tanımlanacaktır. Monitöre sırtınızı döndüğünüzde sağınızda ve arkanızda başka bir nesne olacak ancak koordinatları farklı olacaktır (-2;3). Böylece koordinatlar nesnenin konumunu doğru ve net bir şekilde belirler.

İçinde yaşadığımız uzay, üç boyutlu bir uzaydır, dedikleri gibi, üç boyutlu uzaydır. Vücudun "sağda" ("solda"), "önde" ("arkada") olabileceği gibi, aynı zamanda "yukarıda" veya "altında" da olabilir. Bu üçüncü yöndür - onu Z ekseni olarak belirlemek gelenekseldir

Farklı eksen yönlerini seçmek mümkün mü? Olabilmek. Ancak örneğin bir problemi çözerken yönlerini değiştiremezsiniz. Başka eksen adlarını seçebilir miyim? Bu mümkündür, ancak başkalarının sizi anlamaması riskiyle karşı karşıyasınız; bunu yapmamak daha iyidir. X eksenini Y ekseniyle değiştirmek mümkün mü? Yapabilirsiniz, ancak koordinatlar konusunda kafanız karışmasın: (x;y).

Bir cisim düz bir çizgide hareket ettiğinde, onun konumunu belirlemek için bir koordinat ekseni yeterlidir.

Bir düzlemdeki hareketi tanımlamak için, karşılıklı olarak dik iki eksenden (Kartezyen koordinat sistemi) oluşan dikdörtgen bir koordinat sistemi kullanılır.

Üç boyutlu bir koordinat sistemi kullanarak bir cismin uzaydaki konumunu belirleyebilirsiniz.

Referans sistemi

Her cisim herhangi bir zamanda uzayda diğer cisimlere göre belirli bir konumu işgal eder. Konumunu nasıl belirleyeceğimizi zaten biliyoruz. Bir cismin konumu zamanla değişmiyorsa o cisim hareketsizdir. Vücudun konumu zamanla değişiyorsa bu, vücudun hareket ettiği anlamına gelir. Dünyadaki her şey bir yerde ve bir zamanda olur: uzayda (nerede?) ve zamanda (ne zaman?). Referans cismine zamanı ölçmeye yönelik bir yöntem (saat) eklersek, cismin konumunu belirleyen koordinat sistemini elde ederiz. referans sistemi. Bunun yardımıyla bir vücudun hareket edip etmediğini veya hareketsiz olup olmadığını değerlendirebilirsiniz.

Hareketin göreliliği

Astronot uzaya gitti. Dinlenme veya hareket halinde mi? Bunu kozmonotun yakındaki arkadaşına göre düşünürsek, o hareketsiz olacaktır. Ve Dünya'daki bir gözlemciye göre astronot muazzam bir hızla hareket ediyor. Trenle seyahat etmekle aynı şey. Trendeki insanlara gelince, hareketsiz oturuyorsunuz ve kitap okuyorsunuz. Ama evde kalan insanlara göre tren hızıyla hareket ediyorsunuz.

Şekil a) trenin hareket ettiği (ağaçlara göre), şekil b) trenin çocuğa göre hareketsiz olduğu bir referans gövdesi seçme örnekleri.

Arabada oturarak yola çıkmayı bekliyoruz. Pencerede paralel raydaki treni izliyoruz. Hareket etmeye başladığında kimin hareket ettiğini belirlemek zordur - bizim arabamız mı yoksa pencerenin dışındaki tren mi? Karar verebilmek için pencerenin dışındaki diğer sabit nesnelere göre hareket edip etmediğimizi değerlendirmek gerekir. Taşımamızın durumunu çeşitli referans sistemlerine göre değerlendiriyoruz.

Farklı referans sistemlerinde yer değiştirme ve hızın değiştirilmesi

Bir referans çerçevesinden diğerine geçerken yer değiştirme ve hız değişimi.

Bir kişinin yere göre hızı (sabit bir referans çerçevesi) birinci ve ikinci durumda farklıdır.

Hız ekleme kuralı: Bir cismin sabit bir referans çerçevesine göre hızı, cismin hareketli bir referans çerçevesine göre hızı ile hareketli referans çerçevesinin sabit bir referans çerçevesine göre hızının vektör toplamıdır.

Yer değiştirme vektörüne benzer. Hareket ekleme kuralı: Bir cismin sabit bir referans sistemine göre yer değiştirmesi, cismin hareketli bir referans sistemine göre yer değiştirmesi ile hareketli bir referans sisteminin sabit bir referans sistemine göre yer değiştirmesinin vektör toplamıdır.

Bir kişinin vagon boyunca trenin hareket yönünde (veya aksi yönde) yürümesine izin verin. İnsan bir vücuttur. Dünya sabit bir referans çerçevesidir. Taşıyıcı, hareketli bir referans çerçevesidir.

Farklı referans sistemlerinde yörüngeyi değiştirme

Bir bedenin hareketinin yörüngesi görecelidir. Örneğin Dünya'ya inen bir helikopterin pervanesini düşünün. Pervane üzerindeki bir nokta, helikopterle ilişkili referans çerçevesindeki bir daireyi tanımlar. Dünya ile ilişkili referans çerçevesindeki bu noktanın yörüngesi sarmal bir çizgidir.

İleri hareket

Bir cismin hareketi, zamanla diğer cisimlere göre uzaydaki konumunun değişmesidir. Her cismin belirli boyutları vardır, bazen cismin farklı noktaları uzayda farklı yerlerde bulunur. Vücudun tüm noktalarının konumu nasıl belirlenir?

ANCAK! Bazen vücuttaki her noktanın konumunu belirtmeye gerek yoktur. Benzer durumları ele alalım. Örneğin vücudun tüm noktaları aynı şekilde hareket ettiğinde bunun yapılmasına gerek yoktur.

Bavulun ve arabanın tüm akımları aynı yönde hareket eder.

Tüm noktalarının eşit hareket ettiği cismin hareketine ne ad verilir? ilerici

Önemli nokta

Boyutları kat ettiği mesafeye göre çok küçük olsa bile, vücudun her noktasının hareketini anlatmaya gerek yoktur. Örneğin okyanusu geçen bir gemi. Gökbilimciler, gezegenlerin ve gök cisimlerinin birbirlerine göre hareketlerini tanımlarken onların boyutlarını ve kendi hareketlerini dikkate almazlar. Örneğin Dünya çok büyük olmasına rağmen Güneş'e olan uzaklığı ihmal edilebilir düzeydedir.

Tüm vücudun hareketini etkilemediği sürece, vücudun her noktasının hareketini dikkate almaya gerek yoktur. Böyle bir cisim bir nokta ile temsil edilebilir. Sanki vücudumuzun tüm maddesini bir noktada yoğunlaştırıyoruz. Bedenin boyutsuz bir modelini elde ederiz, ancak kütlesi vardır. İşte bu maddi nokta.

Aynı bedenin bazı hareketleriyle maddi bir nokta olarak kabul edilebilir, ancak bazı hareketlerinde bu mümkün değildir. Örneğin bir çocuk evden okula yürüdüğünde ve aynı zamanda 1 km'lik bir mesafe kat ettiğinde bu harekette maddi bir nokta sayılabilir. Ancak aynı çocuk egzersiz yaptığında artık bir puan olarak değerlendirilemez.

Sporcuları hareket ettirmeyi düşünün

Bu durumda sporcu maddi bir nokta ile modellenebilir.

Bir sporcunun suya atlaması durumunda (sağdaki resim), tüm vücudun hareketi kolların ve bacakların herhangi bir pozisyonuna bağlı olduğundan, bunu bir noktada modellemek imkansızdır.

Hatırlanması gereken en önemli şey

1) Cismin uzaydaki konumu referans cismine göre belirlenir;
2) Eksenleri (yönlerini) belirtmek gerekir, yani. vücudun koordinatlarını tanımlayan bir koordinat sistemi;
3) Vücudun hareketi referans sistemine göre belirlenir;
4) Farklı referans sistemlerinde bir cismin hızı farklı olabilir;
5) Maddi nokta nedir

Hız eklemenin daha karmaşık bir durumu. Bir adamın nehri tekneyle geçmesine izin verin. Tekne, incelenen gövdedir. Sabit referans çerçevesi dünyadır. Hareketli referans çerçevesi nehirdir.

Teknenin yere göre hızı bir vektör toplamıdır

R yarıçaplı bir diskin kenarında bulunan herhangi bir noktanın, standa göre 600° döndürüldüğünde yer değiştirmesi nedir? 1800'de mi? Stand ve diskle ilişkili referans çerçevelerini çözün.

Standla ilişkili referans çerçevesinde yer değiştirmeler R ve 2R'ye eşittir. Diskle ilişkili referans çerçevesinde yer değiştirme her zaman sıfırdır.

Sakin havalarda yağmur damlaları neden düzgün hareket eden bir trenin camlarında eğimli düz çizgiler bırakıyor?

Dünya ile ilişkili referans çerçevesinde damlanın yörüngesi dikey bir çizgidir. Trenle ilişkili referans çerçevesinde, bir damlanın cam üzerindeki hareketi iki doğrusal ve tek biçimli hareketin eklenmesinin sonucudur: tren ve damlanın havadaki tek biçimli düşüşü. Bu nedenle damlanın cam üzerindeki izi eğimlidir.

Otomatik hız algılama özelliği bozuk olan bir koşu bandında antrenman yapıyorsanız koşu hızınızı nasıl belirleyebilirsiniz? Sonuçta salonun duvarlarına göre bir metre bile hareket edemezsiniz.

Sabit durup yine de bir Formula 1 arabasından daha hızlı hareket etmek mümkün mü? Bunun mümkün olduğu ortaya çıktı. Her hareket referans sisteminin seçimine bağlıdır, yani her hareket görecelidir. Bugünkü dersin konusu: “Hareketin göreliliği. Yer değiştirmelerin ve hızların toplamı kanunu." Belirli bir durumda referans sisteminin nasıl seçileceğini ve bir cismin yer değiştirmesini ve hızını nasıl bulacağımızı öğreneceğiz.

Mekanik hareket, bir cismin uzaydaki konumunun zamanla diğer cisimlere göre değişmesidir. Bu tanımdaki anahtar ifade “diğer bedenlere göre”dir. Her birimiz herhangi bir yüzeye göre hareketsiziz, ancak Güneş'e göre tüm Dünya ile birlikte 30 km/s hızla yörünge hareketi yapıyoruz, yani hareket referans sistemine bağlı.

Referans sistemi, hareketin incelendiği vücutla ilişkili bir dizi koordinat sistemi ve saattir. Örneğin, bir arabanın içindeki yolcuların hareketlerini tanımlarken referans sistemi yol kenarındaki bir kafeyle, bir arabanın içiyle ya da sollama süresini tahmin ediyorsak karşıdan gelen hareket eden bir arabayla ilişkilendirilebilir (Şekil 1). .

Pirinç. 1. Referans sisteminin seçimi

Referans sisteminin seçimine hangi fiziksel büyüklükler ve kavramlar bağlıdır?

1. Vücut pozisyonu veya koordinatları

Keyfi bir noktayı ele alalım. Farklı sistemlerde farklı koordinatlara sahiptir (Şekil 2).

Pirinç. 2. Bir noktanın farklı koordinat sistemlerindeki koordinatları

2. Yörünge

Bir uçak pervanesi üzerindeki bir noktanın yörüngesini iki referans çerçevesinde düşünün: pilotla ilişkili referans çerçevesi ve Dünya'daki gözlemciyle ilişkili referans çerçevesi. Pilot için bu nokta dairesel bir dönüş gerçekleştirecektir (Şekil 3).

Pirinç. 3. Dairesel dönüş

Dünyadaki bir gözlemci için bu noktanın yörüngesi sarmal bir çizgi olacaktır (Şekil 4). Açıkçası, yörünge referans sisteminin seçimine bağlıdır.

Pirinç. 4. Helisel yol

Yörüngenin göreliliği. Çeşitli referans sistemlerinde vücut hareketinin yörüngeleri

Bir problem örneğini kullanarak, referans sisteminin seçimine bağlı olarak hareket yörüngesinin nasıl değiştiğini ele alalım.

Görev

Pervanenin ucundaki noktanın farklı referans noktalarındaki yörüngesi ne olacaktır?

1. Uçağın pilotuyla ilişkili CO'da.

2. Dünyadaki gözlemciyle ilişkili CO'da.

Çözüm:

1. Ne pilot ne de pervane uçağa göre hareket eder. Pilot için noktanın yörüngesi bir daire gibi görünecektir (Şekil 5).

Pirinç. 5. Pilota göre noktanın yörüngesi

2. Dünyadaki bir gözlemci için bir nokta iki şekilde hareket eder: dönmek ve ileri doğru hareket etmek. Yörünge sarmal olacaktır (Şekil 6).

Pirinç. 6. Bir noktanın Dünya üzerindeki bir gözlemciye göre yörüngesi

Cevap : 1) daire; 2) sarmal.

Bu sorunu örnek olarak kullanarak yörüngenin göreceli bir kavram olduğuna ikna olduk.

Bağımsız bir test olarak aşağıdaki sorunu çözmenizi öneririz:

Eğer bu tekerlek ileriye doğru hareket ederse ve yerdeki noktalara (sabit bir gözlemci) göre, tekerleğin ucundaki bir noktanın tekerleğin merkezine göre yörüngesi ne olacaktır?

3. Hareket ve yol

Bir salın yüzdüğü ve bir noktada bir yüzücünün saldan atlayıp karşı kıyıya geçmeye çalıştığı bir durumu düşünelim. Yüzücünün kıyıda oturan balıkçıya göre ve sala göre hareketi farklı olacaktır (Şekil 7).

Yere göre harekete mutlak, hareketli bir cisme göre ise göreceli denir. Hareketli bir cismin (sal) sabit bir cisme (balıkçı) göre hareketine taşınabilir denir.

Pirinç. 7. Yüzücünün hareketi

Örnekten, yer değiştirme ve yolun göreceli büyüklükler olduğu anlaşılmaktadır.

4. Hız

Önceki örneği kullanarak hızın da göreceli bir büyüklük olduğunu kolayca gösterebilirsiniz. Sonuçta hız, hareketin zamana oranıdır. Zamanımız aynı ama yolculuğumuz farklı. Bu nedenle hız farklı olacaktır.

Hareket özelliklerinin referans sistemi seçimine bağımlılığına denir. hareketin göreliliği.

İnsanlık tarihinde, tam olarak referans sisteminin seçimiyle ilgili dramatik durumlar olmuştur. Giordano Bruno'nun idam edilmesi, Galileo Galilei'nin tahttan çekilmesi - bunların hepsi yer merkezli referans sistemi ile güneş merkezli referans sisteminin destekçileri arasındaki mücadelenin sonuçlarıdır. Dünyanın evrenin merkezi olmadığı, tamamen sıradan bir gezegen olduğu fikrine insanlık için alışmak çok zordu. Ve hareket sadece Dünya'ya göre değerlendirilemez; bu hareket Güneş'e, yıldızlara veya diğer cisimlere göre mutlak ve göreceli olacaktır. Gök cisimlerinin hareketini Güneş'le ilişkili bir referans çerçevesinde tanımlamak çok daha kullanışlı ve basittir; bu ilk olarak Kepler ve daha sonra Ay'ın Dünya etrafındaki hareketini dikkate alarak Newton tarafından ikna edici bir şekilde gösterilmiştir. ünlü evrensel çekim yasasını türetti.

Yörüngenin, yolun, yer değiştirmenin ve hızın göreceli olduğunu, yani referans sisteminin seçimine bağlı olduğunu söylersek, bunu zaman hakkında söylemiyoruz. Klasik veya Newton mekaniği çerçevesinde zaman mutlak bir değerdir, yani tüm referans sistemlerinde eşit olarak akar.

Başka bir referans sisteminde biliniyorsa, bir referans sisteminde yer değiştirme ve hızı nasıl bulacağımızı düşünelim.

Bir sal yüzerken ve bir noktada bir yüzücünün ondan atlayıp karşı kıyıya geçmeye çalıştığı önceki durumu ele alalım.

Bir yüzücünün sabit bir SO'ya (balıkçıyla ilişkili) göre hareketi, nispeten hareketli bir SO'nun (salla ilişkili) hareketiyle nasıl bağlantılıdır (Şekil 8)?

Pirinç. 8. Problemin gösterimi

Sabit bir referans çerçevesinde hareket adını verdik. Vektör üçgeninden şu sonuç çıkıyor . Şimdi hızlar arasındaki ilişkiyi bulmaya geçelim. Newton mekaniği çerçevesinde zamanın mutlak bir değer olduğunu (zamanın tüm referans sistemlerinde aynı şekilde aktığını) hatırlayalım. Bu, önceki eşitlikteki her terimin zamana bölünebileceği anlamına gelir. Şunu elde ederiz:

Bu, bir yüzücünün bir balıkçıya göre hareket hızıdır;

Bu yüzücünün kendi hızıdır;

Bu salın hızıdır (nehrin hızı).

Hızların toplamı kanunu ile ilgili problem

Örnek bir problem kullanarak hızların eklenmesi yasasını ele alalım.

Görev

İki araba birbirine doğru hareket ediyor: birincisi hızlı, ikincisi hızlı. Arabalar birbirine hangi hızla yaklaşıyor (Şekil 9)?

Pirinç. 9. Problemin gösterimi

Çözüm

Hızların toplamı yasasını uygulayalım. Bunu yapmak için, Dünya ile ilişkilendirilen olağan CO2'den ilk araba ile ilişkilendirilen CO2'ye geçelim. Böylece birinci araba sabit hale gelir ve ikincisi ona doğru hızla (bağıl hız) hareket eder. İlk araba sabitse, Dünya ilk arabanın etrafında hangi hızla döner? Bir hızda döner ve hız, ikinci arabanın hızı (transfer hızı) yönünde yönlendirilir. Aynı düz çizgi boyunca yönlendirilen iki vektör toplanır. .

Cevap: .

Hızların toplamı kanununun uygulanabilirlik sınırları. Görelilik teorisinde hızların toplamı kanunu

Uzun bir süre, hızların toplamına ilişkin klasik kanunun her zaman geçerli olduğuna ve tüm referans sistemlerine uygulanabileceğine inanılıyordu. Ancak yaklaşık yıllar önce bazı durumlarda bu yasanın işe yaramadığı ortaya çıktı. Örnek bir problem kullanarak bu durumu ele alalım.

Hızla hareket eden bir uzay roketinde olduğunuzu hayal edin. Ve uzay roketinin kaptanı, roketin hareket ettiği yönde el fenerini yakar (Şekil 10). Işığın boşlukta yayılma hızıdır. Dünya üzerinde sabit bir gözlemci için ışığın hızı ne olacaktır? Işığın ve roketin hızlarının toplamına eşit olacak mı?

Pirinç. 10. Problemin gösterimi

Gerçek şu ki, fizik burada birbiriyle çelişen iki kavramla karşı karşıyadır. Bir yandan Maxwell elektrodinamiğine göre maksimum hız ışık hızıdır ve eşittir. Öte yandan Newton mekaniğine göre zaman mutlak bir değerdir. Einstein özel görelilik teorisini veya daha doğrusu onun varsayımlarını önerdiğinde sorun çözüldü. Zamanın mutlak olmadığını öne süren ilk kişi oydu. Yani bir yerde daha hızlı akıyor, bir yerde daha yavaş akıyor. Elbette düşük hızların olduğu dünyamızda bu etkiyi fark etmiyoruz. Bu farkı hissedebilmemiz için ışık hızına yakın hızlarda hareket etmemiz gerekiyor. Einstein'ın sonuçlarına dayanarak, özel görelilik teorisinde hızların toplamı yasası elde edildi. Şuna benziyor:

Bu, sabit bir CO'ya göre hızdır;

Bu nispeten hareketli CO2'nin hızıdır;

Bu, hareket eden CO'nun sabit CO'ya göre hızıdır.

Sorunumuzdaki değerleri yerine koyarsak, Dünya üzerinde sabit bir gözlemci için ışığın hızının .

Tartışma çözüldü. Ayrıca hızların ışık hızına kıyasla çok küçük olması durumunda görelilik teorisinin formülünün klasik hız toplama formülüne dönüşeceğinden de emin olabilirsiniz.

Çoğu durumda klasik hukuku kullanacağız.

Bugün hareketin referans sistemine bağlı olduğunu, hızın, yolun, hareketin ve yörüngenin göreceli kavramlar olduğunu öğrendik. Zaman ise klasik mekanik çerçevesinde mutlak bir kavramdır. Bazı tipik örnekleri analiz ederek edindiğimiz bilgileri uygulamayı öğrendik.

Kaynakça

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizik (temel seviye) - Yüksek Lisans: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizik 10. sınıf. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizik - 9, Moskova, Eğitim, 1990.

İnternet portalı Class-fizika.narod.ru ().
İnternet portalı Nado5.ru ().
İnternet portalı Fizika.ayp.ru ().

Ev ödevi

Hareketin göreliliğini tanımlayın.
Hangi fiziksel büyüklükler referans sisteminin seçimine bağlıdır?

Elektrikli bir tren hayal edin. Raylar boyunca sessizce seyahat ederek yolcuları kulübelerine taşıyor. Ve aniden son vagonda oturan holigan ve parazit Sidorov, Sady istasyonunda müfettişlerin vagona girdiğini fark eder. Doğal olarak Sidorov bilet almadı ve cezayı daha da az ödemek istiyor.

Bir trende serbest yolcu hareketinin göreliliği

Ve yakalanmamak için hızla başka bir arabaya biner. Tüm yolcuların biletlerini kontrol eden kontrolörler aynı yönde hareket ediyor. Sidorov tekrar bir sonraki vagona geçiyor ve böyle devam ediyor.

Ve böylece, ilk vagona ulaştığında ve daha ileri gidecek hiçbir yer kalmadığında, trenin ihtiyaç duyduğu Ogorody istasyonuna yeni ulaştığı ortaya çıktı ve mutlu Sidorov, bir tavşan gibi sürdüğü ve yakalanmadığı için sevinerek indi. .

Bu aksiyon dolu hikayeden ne öğrenebiliriz? Şüphesiz Sidorov adına sevinebiliriz ve ayrıca ilginç bir gerçeği daha keşfedebiliriz.

Tren Sady istasyonundan Ogorody istasyonuna beş kilometreyi beş dakikada kat ederken, Sidorov tavşanı aynı mesafeyi artı seyahat ettiği trenin uzunluğuna eşit bir mesafeyi, yani yaklaşık beş bin iki yüz metreyi kat etti. aynı beş dakika içinde.

Sidorov'un trenden daha hızlı hareket ettiği ortaya çıktı. Ancak onun peşinden giden kontrolörler de aynı hızı geliştirdi. Trenin hızının 60 km/saat civarında olduğu göz önüne alındığında, hepsine birden fazla Olimpiyat madalyası vermenin zamanı gelmişti.

Ancak elbette kimse böyle bir aptallığa girişmeyecek, çünkü herkes Sidorov'un inanılmaz hızının kendisi tarafından yalnızca sabit istasyonlara, raylara ve sebze bahçelerine göre geliştirildiğini ve bu hızın trenin hareketiyle değil, trenin hareketiyle belirlendiğini anlıyor. hepsi Sidorov'un inanılmaz yetenekleri sayesinde.

Trenle ilgili olarak Sidorov hiç hızlı ilerlemiyordu ve Olimpiyat madalyasına bile ulaşamadı, hatta kurdeleye bile ulaşamadı. İşte bu noktada hareketin göreliliği diye bir kavramla karşılaşıyoruz.

Hareketin göreliliği kavramı: örnekler

Hareketin göreliliğinin bir tanımı yoktur, çünkü fiziksel bir nicelik değildir. Mekanik hareketin göreliliği, hız, yol, yörünge vb. gibi hareketin bazı özelliklerinin göreceli olması, yani gözlemciye bağlı olması gerçeğinde ortaya çıkar. Farklı referans sistemlerinde bu özellikler farklı olacaktır.

Trendeki vatandaş Sidorov ile verilen örneğe ek olarak, herhangi bir bedenin neredeyse her hareketini alıp ne kadar göreceli olduğunu gösterebilirsiniz. İşe giderken evinize göre ileri, aynı zamanda kaçırdığınız otobüse göre de geriye doğru gidersiniz.

Cebinizdeki oyuncuya göre hareketsiz duruyorsunuz ve Güneş adı verilen bir yıldıza göre büyük bir hızla koşuyorsunuz. Attığınız her adım, bir asfalt molekülü için devasa, Dünya gezegeni için ise önemsiz bir mesafe olacaktır. Herhangi bir hareket, tüm özellikleri gibi, her zaman yalnızca başka bir şeyle ilişkili olarak anlamlıdır.

Ayrıca okul müfredatında bir bedenin hareketinin ancak başka bir bedene göre kaydedilebileceğine dair hüküm bulunmaktadır. Bu konuma "hareketin göreliliği" adı verilir. Ders kitaplarındaki resimlerden, nehir kıyısında duran biri için, yanından geçen bir teknenin kendi hızı ve nehir akıntısının hızından oluştuğu açıktı. Bu kadar detaylı düşünüldüğünde hareketin göreliliğinin hayatımızın her alanında bizi kuşattığı ortaya çıkıyor. Bir nesnenin hızı göreceli bir niceliktir, ancak onun türevi olan ivme de öyle olur. Bu sonucun önemi, Newton'un ikinci yasasının (mekaniğin temel yasası) formülünde yer alan şeyin ivme olmasıdır. Bu yasaya göre, bir cisme etki eden herhangi bir kuvvet, ona orantılı bir ivme kazandırır. Hareketin göreliliği bizi ek bir soru sormaya zorluyor: ivme hangi cisme göre veriliyor?

Bu yasa bu konuyla ilgili herhangi bir açıklama içermemektedir, ancak basit mantıksal çıkarımlar yoluyla kuvvet, bir cismin (1) diğeri (2) üzerindeki etkisinin bir ölçüsü olduğundan, aynı kuvvetin ivme kazandırdığı sonucuna varılabilir. cismin (2) cisme (1) göreliliği ve sadece soyut bir ivme değil.

Hareketin göreliliği, belirli bir cismin, belirli bir yolun, hızın ve hareketin seçilen referans sistemlerine bağımlılığıdır. Kinematik açıdan, kullanılan tüm referans sistemleri eşittir ancak aynı zamanda bu hareketin tüm kinematik özellikleri (yörünge, hız, yer değiştirme) içlerinde farklıdır. Ölçülecekleri seçilen referans sistemine bağlı olan tüm büyüklüklere göreceli denir.

Diğer kavramlar detaylı bir şekilde ele alınmadan tanımlanması oldukça zor olan hareketin göreliliği, hassas matematiksel hesaplamalar gerektirir. Bir cismin hareket edip etmediğinden, konumunun neye (referans cisme) değiştiğine göre kesinlikle açık olduğunda konuşabiliriz. Referans sistemi, referans gövdesinin yanı sıra onunla ilişkili koordinat sistemleri ve zaman referans sistemleri gibi bir dizi öğeden oluşur. Bu unsurlarla ilgili olarak herhangi bir cismin hareketi dikkate alınır veya Matematiksel olarak bir cismin (noktanın) seçilen referans sistemine göre hareketi, cismin bu sistemdeki konumunu belirleyen koordinatların nasıl olduğunu belirleyen denklemlerle tanımlanır. zaman içinde değişiklik. Hareketin göreliliğini belirleyen bu tür denklemlere hareket denklemleri denir.

Modern mekanikte, bir nesnenin herhangi bir hareketi görecelidir, bu nedenle yalnızca başka bir nesneyle (bir referans cismi) veya tüm cisimler sistemiyle ilişkili olarak değerlendirilmelidir. Örneğin, Ay'ın hareket ettiğini basitçe belirtemezsiniz. Doğru ifade Ay'ın Güneş, Dünya ve yıldızlara göre hareket ettiği olacaktır.

Mekanikte genellikle referans sistemi cisimle değil, koordinat sistemini tanımlayan temel cisimlerin (gerçek veya hayali) bütünüyle bağlantılıdır.

Filmler genellikle çeşitli cisimlere göre hareket gösterir. Örneğin, bazı karelerde, bazı manzaraların arka planında hareket eden bir treni gösteriyorlar (bu, Dünya yüzeyine göre harekettir) ve bir sonraki karede - pencerelerden yanıp sönen ağaçların olduğu bir vagon bölmesi (hareket) bir arabaya göre). Hareketin özel bir durumu olan vücudun herhangi bir hareketi veya dinlenmesi görecelidir. Bu nedenle, bir cismin hareket halinde mi yoksa hareketsiz mi olduğu ve nasıl hareket ettiği gibi basit bir soruyu yanıtlarken, hareketinin hangi nesnelere göre dikkate alındığını açıklığa kavuşturmak gerekir. Referans sistemlerinin seçimi kural olarak problemin belirtilen koşullarına bağlı olarak yapılır.