Относительность механического движения
⚡ Физика · 9 класс
Что такое относительность движения
Относительность движения означает, что характер движения тела (траектория, путь, перемещение и скорость) зависит от того, относительно какой системы отсчёта мы его рассматриваем. Одно и то же тело может одновременно покоиться относительно одного объекта и двигаться относительно другого.
Классический пример: пассажир сидит в едущем поезде. Относительно вагона он покоится, а относительно деревьев за окном движется со скоростью поезда. Поэтому вопрос «движется тело или нет?» без указания системы отсчёта не имеет однозначного ответа.
Система отсчёта
Система отсчёта включает три части: тело отсчёта, связанную с ним систему координат и прибор для измерения времени (часы). Меняя тело отсчёта, мы меняем описание движения.
Относительность траектории
Капля дождя для неподвижного наблюдателя падает по вертикали. Для пассажира движущегося автомобиля та же капля чертит наклонную линию на стекле. Траектория зависит от выбора системы отсчёта.
Сложение скоростей
Если тело движется со скоростью v1 относительно подвижной системы, а сама система движется со скоростью v2 относительно неподвижной, то скорость тела относительно неподвижной системы находят сложением векторов: v = v1 + v2. При движении в одну сторону скорости складываются, при движении навстречу — вычитаются.
| Ситуация | Скорости | Результат |
|---|---|---|
| В одну сторону | 4 м/с и 6 м/с | 10 м/с |
| Навстречу | 4 м/с и 6 м/с | 2 м/с |
Разобранный пример
Человек идёт по палубе теплохода со скоростью 1 м/с по ходу движения, а теплоход плывёт со скоростью 5 м/с относительно берега.
v = 5 + 1 = 6 м/с относительно берега.
Если бы человек шёл к корме, то: v = 5 − 1 = 4 м/с.
Частая ошибка: ученики складывают скорости как числа, не учитывая направление. Скорость — вектор, поэтому при встречном движении модули вычитаются.
Покой и движение
Абсолютно неподвижных тел не существует: Земля вращается, движется вокруг Солнца, Солнечная система движется в Галактике. Поэтому покой и движение всегда относительны. На практике за неподвижную часто принимают систему, связанную с Землёй, и её называют лабораторной системой отсчёта.
Относительность пути и перемещения
Относительными являются не только траектория и скорость, но также путь и перемещение тела. Рассмотрим точку на ободе колеса движущегося велосипеда. Относительно оси колеса эта точка движется по окружности, а относительно дороги вычерчивает сложную волнистую кривую — циклоиду. Путь, пройденный точкой за один оборот, в этих двух системах отсчёта будет различным.
Важно помнить и обратное: некоторые величины от выбора системы отсчёта не зависят. Например, промежуток времени между событиями и масса тела в механике считаются одинаковыми во всех системах отсчёта.
Где это применяют
Понимание относительности движения необходимо в реальной технике. Лётчик при дозаправке в воздухе ориентируется на скорость относительно второго самолёта, а не относительно земли. Капитан корабля учитывает скорость течения, чтобы судно пришло точно в порт. Во всех этих случаях правильный ответ даёт именно векторное сложение скоростей.
Кратко о главном
- Движение тела относительно: оно зависит от выбора системы отсчёта.
- Система отсчёта = тело отсчёта + система координат + часы.
- Траектория, путь, скорость и перемещение зависят от системы отсчёта.
- Скорости складываются векторно: по ходу — складываются, навстречу — вычитаются.
- Абсолютно неподвижных тел в природе нет.