Відносність руху – загальна характеристика
Людина йде по вагону проти руху поїзда (рис. 16). Швидкість поїзда відносно поверхні землі дорівнює 20 м / с, а швидкість людини щодо вагона дорівнює 1 м / с. Визначимо, з якою швидкістю і в якому напрямку рухається людина відносно поверхні землі.
Будемо міркувати так. Якби людина не йшов по вагону, то за 1 с він перемістився б разом з поїздом на відстань, рівну 20 м. Але за цей же час він пройшов відстань, рівну 1 м, проти ходу поїзда. Тому за час, що дорівнює 1 с, він змістився відносно поверхні землі тільки на 19 м в напрямку руху поїзда. Значить, швидкість людини відносно поверхні землі дорівнює 19 м / с і спрямована в ту ж сторону, що і швидкість поїзда. Таким чином, в системі відліку, пов’язаній з поїздом, людина рухається зі швидкістю 1 м / с, а в системі відліку, пов’язаній з яким-небудь тілом на поверхні землі, – зі швидкістю 19 м / с, причому спрямовані ці швидкості в протилежні сторони. Звідси випливає, що швидкість відносна, т. Е. Швидкість одного і того ж тіла в різних системах відліку може бути різною як за числовим значенням, так і за напрямком.
Тепер звернемося до іншого прикладу. Уявіть вертоліт, вертикально опускається на землю. Щодо вертольота будь-яка точка гвинта, наприклад точка А (рис. 17), буде весь час рухатися по колу, яка на малюнку зображена суцільною лінією. Для спостерігача, що знаходиться на землі, та ж сама точка буде рухатися по гвинтовій траєкторії (штрихова лінія). З цього прикладу ясно, що траєкторія руху теж відносна, т. Е. Траєкторія руху одного і того ж тіла може бути різною в різних системах відліку.
Отже, шлях є величиною відносною, оскільки він дорівнює сумі довжин всіх ділянок траєкторії, пройдених тілом за розглянутий проміжок часу. Це особливо наочно проявляється в тих випадках, коли фізичне тіло рухається в одній системі відліку і покоїться в інший. Наприклад, людина, що сидить в рухомому потязі, проходить певний шлях s в системі, пов’язаної із землею, а в системі відліку, пов’язаній з поїздом, його шлях дорівнює нулю.
Таким чином,
Відносність руху проявляється в тому, що швидкість, траєкторія, шлях і деякі інші характеристики руху відносні, т. е. вони можуть бути різні в різних системах відліку
Розуміння того, що рух одного і того ж тіла можна розглядати в різних системах відліку, зіграло величезну роль у розвитку поглядів на будову Всесвіту.
З давніх пір люди помічали, що зірки протягом ночі, так само як і Сонце вдень, переміщаються по небу зі сходу на захід, рухаючись по дугах і роблячи за добу повний оборот навколо Землі. Тому протягом багатьох століть вважалося, що в центрі світу знаходиться нерухома Земля, а навколо неї звертаються всі небесні тіла. Така система світу була названа геоцентричної (грецьке слово “гео” означає “земля”).
У II ст. олександрійський учений Клавдій Птолемей узагальнив наявні відомості про рух світил і планет в геоцентричної системі і зумів скласти досить точні таблиці, що дозволяють визначати положення небесних тіл в минулому і майбутньому, пророкувати наступ затемнень і т. д.
Однак з часом, коли точність астрономічних спостережень зросла, стали виявлятися розбіжності між обчисленими і спостережуваними положеннями планет. Що вносяться при цьому виправлення робили теорію Птолемея дуже складною і заплутаною. З’явилася необхідність заміни геоцентричної системи світу.
Нові погляди на будову Всесвіту були детально викладені в XVI в. польським вченим Миколою Коперником. Він вважав, що Земля й інші планети рухаються навколо Сонця, одночасно обертаючись навколо своїх осей. Така система світу називається геліоцентричної, оскільки в ній за центр Всесвіту приймається Сонце (по-грецьки “гелиос”).
Таким чином, в геліоцентричної системі відліку рух небесних тіл розглядається відносно Сонця, а в геоцентрической – відносно Землі.
Як же за допомогою системи світу Коперника можна пояснити видиме нами добове звернення Сонця навколо Землі? На малюнку 18 схематично зображено земну кулю, освітлюваний з одного боку сонячними променями, і людина (спостерігач), який протягом доби знаходиться в одному і тому ж місці Землі. Обертаючись разом із Землею, він спостерігає за переміщенням світил.
Видимий рух по небу Сонця вдень і зірок вночі
Рис. 18. У геліоцентричної системи світу видимий рух по небу Сонця вдень і зірок вночі пояснюється обертанням Землі навколо своєї осі
Уявна вісь, навколо якої обертається Земля, як би пронизує земну кулю, проходячи через Північний (N) і Південний (S) географічні полюси. Стрілочка вказує напрямок обертання Землі – із заходу на схід.
На малюнку 18, а земну кулю зображений в той момент часу, коли він як би вивозить спостерігача з темною нічного боку на освітлену Сонцем, денну. Але спостерігач, обертаючись разом із Землею щодо її осі із заходу на схід зі швидкістю, приблизно рівній 200 м / с1, проте не відчуває цього руху, як не відчуваємо його ми з вами. Тому йому здається, що Сонце обертається навколо Землі, піднімаючись з-за обрію, переміщується протягом дня (рис. 18, б) зі сходу на захід, а ввечері йде за горизонт (мал. 18, в). Потім спостерігач бачить переміщення зірок зі сходу на захід протягом ночі (рис. 18, г).
Отже, за системою світу Коперника видиме обертання Сонця і зірок, т. Е. Зміна дня і ночі, пояснюється обертанням Землі навколо своєї осі. Час, за який земну кулю робить повний оборот, називається добою.
Геліоцентрична система світу виявилася набагато більш вдалою, ніж геоцентрична, при вирішенні багатьох наукових і практичних завдань.
Таким чином, застосування знань про відносність руху дозволило по-новому поглянути на будову Всесвіту. А це, в свою чергу, допомогло згодом відкрити фізичні закони, що описують рух тіл в Сонячній системі і пояснюють причини такого руху.
Питання
У чому проявляється відносність руху? Відповідь проиллюстрируйте прикладами.
У чому основна відмінність геліоцентричної системи світу від геоцентричної?
Поясніть зміну дня і ночі на Землі в геліоцентричної системи (див. Рис. 18).
Вправа 9
Вода в річці рухається зі швидкістю 2 м / с відносно берега. По річці пливе пліт. Яка швидкість плота відносно берега; щодо води в річці?
У деяких випадках швидкість тіла може бути однаковою у різних системах відліку. Наприклад, поїзд рухається з однією і тією ж швидкістю в системі відліку, пов’язаній з будівлею вокзалу, і в системі відліку, пов’язаній зі зростаючим у дороги деревом. Чи не суперечить це твердженням про те, що швидкість відносна? Відповідь поясніть.
За якої умови швидкість рухомого тіла буде однакова щодо двох систем відліку?
Завдяки добовому обертанню Землі людина, що сидить на стільці в своєму будинку в Москві, рухається щодо земної осі зі швидкістю приблизно 900 км / год. Порівняйте цю швидкість з початковою швидкістю кулі відносно пістолета, яка дорівнює 250 м / с.
Торпедний катер йде уздовж шестидесятих паралелі південної широти зі швидкістю 90 км / год по відношенню до суші. Швидкість добового обертання Землі на цій широті дорівнює 223 м / с. Чому дорівнює (в СІ) і куди направлена швидкість катера щодо земної осі, якщо він рухається на схід; на захід?
(2 votes, average: 4.00 out of 5)