Классы
Предметы

Относительность движения

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Относительность движения

Этот видеоурок будет полезен всем тем, кто хочет самостоятельно пройти тему «Относительность движения». Используя эту видеолекции, вы сможете узнать информацию об относительности движения. Этот урок является переходным от кинематики к основам механики, то есть учащиеся должны начать рассматривать не только самопроизвольное движение, но и движение по причине.

 

Тема: Законы взаимодействия и движения тел

Урок 12. Относительность движения

Ерюткин Евгений Сергеевич

 

Этот урок является некоторым образом переходным. Мы переходим от законов движения, от законов кинематики к законам динамики. К вопросам, когда мы должны рассматривать движение тел не только с точки зрения характеристик движения, а с точки зрения того, в результате каких действий будет это движение происходить, т.е. почему оно происходит, что или кто заставляет двигаться тело.

История развития взглядов на относительность движения

Первые сведения об относительности движения относятся к XVI и началу XVII века. В первую очередь они связаны с именами таких ученых, как Галилео Галилей, Рене Декарт и Леонардо да Винчи.

Галилео Галилей

 

Высказывания Галилея по поводу относительности движения представляет, наверное, наибольший интерес, поскольку он впервые предложил хороший мысленный опыт, подтверждающий понятие относительного покоя и относительного движения. Что это был за опыт?

Если вы опуститесь в трюм какого-либо корабля, вы не сможете определить, движется корабль, если он будет двигаться прямолинейно, медленно, без каких-либо толчков и качаний, или стоит на месте.

В первую очередь нужно сказать, что относительность механического движения связана с выбранной системой отсчета. Траектория, пройденный телом путь будут зависеть от того, какова система отсчета. Также можно говорить о том, что относительной является скорость движения тела. Давайте по порядку.

Относительность пути и траектории

Сначала поговорим об относительности пути и траектории. Начнем мы с очень простого эксперимента. Чтобы его сделать, нужно воспользоваться простыми деталями. Какими? Во-первых, это линейка, во-вторых, это доска, обыкновенная классная доска и кусок мела. Кусок мела в данном случае будет изображать движущееся тело. Итак, одну систему отсчета мы связываем с линейкой, т.е. линейка – это у нас как бы ось Х, вдоль которой будет двигаться тело. Вторая система отсчета будет связана с доской.

Рис. 2. Эксперимент с мелом

Итак, движение в двух системах отсчета. Посмотрите на рис. 2. Можно отметить, что мел движется вдоль линейки прямолинейно, стало быть, траектория будет прямая. А когда мы рассматриваем движение – мел в плоскости доски, то траектория будет представлять собой кривую линию. Говорить о пройденном пути в данном случае проще всего, т.к. пройденный путь – это есть длина траектории, следовательно, в системе отсчета, связанной с линейкой, пройденный путь будет меньше, чем пройденный путь в плоскости доски. Как видно из эксперимента, от выбора системы отсчета зависит и траектория движения тела, и пройденный путь.

Относительность скорости

Для демонстрации относительности скорости проведем эксперимент. Для него потребуются очень простые предметы. Во-первых, это металлический цилиндр. Этот металлический цилиндр будет связан со столом, и поэтому система отсчета (СО) будет связана со столом.

эксперимент

Рис. 3. Оборудование для эксперимента

Вторую СО свяжем с линейкой. И деревянный брусок, используемый как движущееся тело. Чтобы пронаблюдать относительность скорости, мы берем этот брусок и заставляем его двигаться. Обратите внимание, движение бруска происходит вдоль линейки относительно выбранных систем отсчета, и мы можем сказать, что скорость бруска и относительно линейки, и относительно стола будет одинакова. В этом случае скорость равна скорости в одной системе отсчета и скорости в другой системе отсчета.

Кладем брусок на линейку и начинаем ее двигать. Движение происходит следующее: линейка движется вместе с бруском, можно сказать, что скорость бруска относительно линейки равна нулю. Значит, в этой системе отсчета брусок находится в состоянии покоя, а вот относительно стола, о чем говорит нам цилиндр, произошло изменение положения тела. Следовательно, относительно стола брусок движется. Это говорит о том, что в данном случае в одной системе отсчета и в другой системе отсчета скорость была разной.

Рис. 4. Схема эксперимента

Чтобы лучше разобраться с относительностью скорости, сделаем еще один, но уже мысленный эксперимент и обратимся к рисунку.

Рис. 5. Схема мысленного эксперимента

Итак, совместим ось Ох с дорогой, по которой движутся три автомобиля. Обращаю ваше внимание, что самая маленькая скорость у первого автомобиля , у второго автомобиля она чуть больше, самая большая скорость у третьего автомобиля, обозначена.

Если систему отсчета совместить с первым автомобилем, то мы увидим буквально следующее: от нас удаляются, вперед уезжают и второй автомобиль, и третий. Если совместим систему отсчета со вторым автомобилем, то это будет самое интересное. Мы увидим, что находимся в середине движения и все тела от нас разбегаются, т.е. автомобиль, который обладает скоростью , едет вперед, удаляется от нас, но точно так же и автомобиль удаляется назад. Обратите внимание, все эти автомобили находятся в движении, но каждый из водителей этого транспортного средства будет наблюдать совершенно разную картину.

Закон сложения скоростей

Сложение скоростей, или формула Галилея для сложения скоростей

Обратите внимание на рисунок, который здесь представлен.

формула сложения скоростей

Рис. 6. Формула сложения скоростей, случай 1 формула сложения скоростей

Рис. 7. Формула сложения скоростей, случай 2

Обратите внимание на рис. 5 и 6. На них представлены различные случаи применения формулы сложения скоростей: рис. 5 – это ситуация, когда скорости тела и СО – сонаправлены, а рис. 6 – эти же скорости противонаправлены.

Заключение

Список дополнительной литературы

  1. Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира: Птолемеевой и Коперниковой. ОГИЗ-СССР, 1948
  2. Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. Библиотечка “Квант”». Вып. 14. М.: Наука, 1982
  3. Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. М.: КомКнига, 2007
  4. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. М.: Просвещение
  5. Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть 1. Механика. Для учащихся 9-11 классов, абитуриентов и студентов младших курсов. Под ред. Долгова А.Н. МИФИ, 2001
  6. Слободянюк А.И. Физика 10. Часть 1. Механика. Электричество
  7. Физика. Механика. 10 класс. Под ред. Мякишева Г.Я. М.: Дрофа
  8. Филатов Е.Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. ВШМФ: Авангард