Учебник. Относительность движения



Относительность движения

Движение тел можно описывать в различных системах отсчета. С точки зрения кинематики все системы отсчета равноправны. Однако кинематические характеристики движения, такие как траектория, перемещение, скорость, в разных системах оказываются различными. Величины, зависящие от выбора системы отсчета, в которой производится их измерение, называют относительными.

Пусть имеются две системы отсчета. Система XOY условно считается неподвижной, а система X'O'Y' движется поступательно по отношению к системе XOY со скоростью υ ⟶ 0 . Система XOY может быть, например, связана с Землей, а система X'O'Y' – с движущейся по рельсам платформой (рис. 1.2.1).

Сложение перемещений относительно разных систем отсчета

Пусть человек перешел по платформе за некоторое время из точки A в точку B. Тогда его перемещение относительно платформы соответствует вектору s ⟶ ' , а перемещение платформы относительно Земли соответствует вектору s ⟶ 0 . Из рис. 1.2.1 видно, что перемещение человека относительно Земли будет соответствовать вектору s ⟶ , представляющему собой сумму векторов s ⟶ 0 и s ⟶ ' : s → = s → 0 + s → '.

В случае, когда одна из систем отсчета движется относительно другой поступательно (как на рис. 1.2.1) с постоянной скоростью υ → 0 , это выражение принимает вид: s → = υ → 0   Δt+ s → '.

Если рассмотреть перемещение за малый промежуток времени Δt, то, разделив обе части этого уравнения на Δt и затем перейдя к пределу при Δt → 0 получим: υ → = υ → 0 + υ → '.

Здесь υ → – скорость тела в «неподвижной» системе отсчета XOY, υ → ' – скорость тела в «движущейся» системе отсчета X'O'Y'. Скорости υ → и υ → ' иногда условно называют абсолютной и относительной скоростями; скорость υ → 0 называют переносной скоростью.

Соотношение (*) выражает классический закон сложения скоростей:

Абсолютная скорость тела υ → равна векторной сумме его относительной скорости υ → ' и переносной скорости υ → 0 движущейся системы отсчета.

Относительность движения

Следует обратить внимание на вопрос об ускорениях тела в различных системах отсчета. Из (*) следует, что при равномерном и прямолинейном движении систем отсчета друг относительно друга ускорения тела в этих двух системах одинаковы, т. е. a → = a → '. Действительно, если υ → 0 – вектор, модуль и направление которого остаются неизменными во времени, то любое изменение Δ υ → ' относительной скорости тела будет совпадать с изменением Δ υ → его абсолютной скорости. Следовательно, Δ υ → Δt = Δ υ → ' Δt .

Переходя к пределу (Δt → 0), получим a → = a → '.

В общем случае, при движениях систем отсчета с ускорением друг относительно друга, ускорения тела в различных системах отсчета оказываются различными.

В случае, когда вектора относительной скорости υ → ' и переносной скорости υ → 0 параллельны друг другу, закон сложения скоростей можно записать в скалярной форме: υ = υ0 + υ'.

В этом случае все движения происходят вдоль одной прямой линии (например, оси OX). Скорости υ, υ0 и υ' нужно рассматривать как проекции абсолютной, переносной и относительной скоростей на ось OX. Они являются величинами алгебраическими и, следовательно, им нужно приписывать определенные знаки (плюс или минус) в зависимости от направления движения.

 

 

 

 

 

 

 

Смотрите также: Математика, Английский язык, Химия, Биология, Физика, География, Астрономия.
А также: библиотека ЭОРов и образовательный онлайн-сервис с тысячами интерактивных работ "Облако знаний".

 

 

 

© Физикон, 1999-2026