Относительность движения

Для определения положения тела необходимо знать и уметь оперировать следующими терминами: относительность движения, тело отсчета, система координат. Так в чем проявляется относительность движения, и в чем его суть?

Тело отсчета, система координат и система отсчета

Положение тела в пространстве всегда задается относительно какого-нибудь другого тела – тела отсчета. С этим телом связывают систему отсчета. За тело отсчета можно выбрать какое-угодно тело. Координаты одного и того же тела относительно разных тел отсчета могут быть различными. В таком случае говорят, что положение тела относительно.

Системы отсчета могут быть двух видов: инерциальная и неинерциальная

Инерциальная и неинерциальная системы отсчета примеры

Рис. 1. Инерциальная и неинерциальная системы отсчета примеры.

Для того, чтобы определять положение тела, необходимо выбрать какое-нибудь другое тело – тело отсчета, по отношению к которому будет рассматриваться положение данного тела. Его, как уже отмечалось, можно выбрать произвольно, им могут быть дерево, станция метро, дом, школа, Солнце, Земля, звезды и т.п.

Из курса математики всем известно, что положение любой точки в пространстве определяется с помощью прямоугольной системы координат, поэтому для решения задач по определению положения тела в пространстве относительно тела отсчета нужно связать с телом отсчета систему координат. Известно, что пространство трехмерно, поэтому в зависимости от характера движения тела выбирают одномерную, двумерную или трехмерную систему координат.

Если движение тела происходит в одном направлении (горизонтальном или вертикальном), например, движение трамвая по рельсам на прямолинейном участке пути, движение меча, падающего вниз с некоторой высоты и т. п., то пользуются одномерной системой координат.

Если тело может двигаться в пределах некоторой плоскости, например, фигуры по шахматной доске, лодка по озеру, то с телом отсчета связывают двухмерную систему координат.

Если же тело может двигаться не только вдоль определенной прямой и не только в плоскости, то выбирают трехмерную систему координат.

Одномерная, двумерная и трехмерная системы координат

Рис. 2. Одномерная, двумерная и трехмерная системы координат.

Относительность движения

Движение тела является относительным. Одно и то же тело может двигаться относительно одних тел и не двигаться относительно других. Например, яблоко, лежащее на столе вагона движущегося поезда, покоится относительно стола поезда, но движется вместе с поездом относительно земли.

Чему же в этом случае равна скорость? Это зависит от условий движения. Например, плот плывет по течению реки, скорость течения реки составляет 1 м/с. А в это же время по плоту идет человек со скоростью 2 м/с в том же направлении. Тогда скорость человека относительно берега реки равна 3 м/с. Как мы видим, в этом случае скорость человека относительно берега реки будет складываться из скорости плота относительно берега реки и скорости человека относительно плота.

Если же плот плывет против течения реки со скоростью 1 м/с, а человек идет в противоположном направлении со скоростью 2 м/с, то скорость человека относительно берега реки будет равна скорости человека 2 м/с минус скорость плота относительно течения реки 1 м/с и будет равна 1 м/с.

Так происходит, если тело и система отсчета, относительно которой рассматривается движение тела, движутся вдоль одной прямой.

Если же тело (человек) и система отсчета (плот) не движутся вдоль одной прямой (плот переплывает реку), то для расчета скорости относительно неподвижной системы (земля) нужно воспользоваться теоремой Пифагора.

Теорема Пифагора

Рис. 3. Теорема Пифагора.

В общем случае принцип относительности заключается в следующем:

V=V1+V2, где

V – скорость тела относительно неподвижной системы отсчета,

V1 – скорость тела относительно подвижной системы отсчета,

V2 – скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Для перемещений справедлива следующая формула:

S=S1+S2, , где

S – перемещение тела относительно неподвижной системы отсчета,

S1 – перемещение тела относительно подвижной системы отсчета,

S2 – перемещение подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы отсчета.

Известно, что движение характеризуют траекторией, пройденным путем, перемещением и скоростью. Эти характеристики у одной и той же движущейся материальной точки могут быть различны относительно различных систем отсчета.

Зависимость траектории, пути, перемещения и скорости одной и той же материальной точки от выбора системы отсчета называют относительностью движения. Основное свойство механического движения заключается в относительности движения.

Что мы узнали?

Судить о движении тела мы можем, лишь сравнивая его положение с положением других тел, которые мы считаем неподвижными, то есть с положением тел отсчета. В 9 классе по физике изучается тема «Относительность движения», где главными понятиями являются «система координат», «тело отсчета», «относительность», которые изучаются в данной статье.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 126.

Предметы