Primjer relativnog kretanja

The relativno kretanje je onaj koji se pretpostavlja u tijelo koje se kreće unutar referentnog okvira, koji se kreće unutar drugog referentnog okvira. Da bi se to bolje razumjelo, uspostavit će se koncepti referentnih okvira, koji mogu biti inercijski ili neercijalni.

Referentni okvir je skup tijela u odnosu na koja je opisano kretanje. Sustavi takvi da se u njima provjerava Zakon tromosti, odnosno Newtonovi zakoni kretanja, nazivaju se inercijskim sustavima. Svaki je sustav koji se glatko kreće u odnosu na inercijski sustav stoga također inercijalan.

Poziran je objekt bez sila koje na njega utječu i koji se kreće brzinom v u odnosu na a inercijski sustav K, a pretpostavlja se da se drugi sustav K 'prevodi s obzirom na K konstantnom brzinom V. Budući da je poznato da na objekt ne djeluju sile i da je sustav K inercijski, brzina v ostat će konstantna. Slobodni objekt kretat će se jednoliko i u odnosu na K 'sustav, pa je prema tome i ovaj sustav inercijski.

Analizirajući slobodno kretanje tijela, ne možete razlikovati različite inercijalne sustave. Iz iskustva se ističe da

svi su zakoni mehanike jednaki u svim inercijskim sustavima, a ta se činjenica naziva "Galilejev princip relativnosti".

U praksi Galileov princip relativnosti znači da se Promatrač nalazi unutra zatvorena soba nije u stanju razlikovati da li soba miruje ili se kreće brzinom konstantno; međutim, možete razlikovati glatko kretanje od ubrzanog.

Primjeri relativnog kretanja

Sustavi u ubrzanom pravocrtnom gibanju

Uzet će se u obzir referentni sustav K 'koji se kreće promjenjivom brzinom V (t) (ova brzina je funkcija vremena) s obzirom na inercijski sustav K. Prema principu tromosti, objekt bez sila kretat će se konstantnom brzinom v u odnosu na sustav K. Brzina v objekta u odnosu na ubrzani sustav K 'potvrđuje Galilejev zbroj brzina:

Prema tome, v 'ne može biti konstanta. To znači da u sustavu K 'nije ispunjen zakon tromosti, jer s obzirom na K' objekt bez sila nema jednoliko gibanje. Konačno, K 'je neinercijski referentni okvir.

Pretpostavit će se da je u datom trenutku ubrzanje sustava K 'u odnosu na sustav K A. Budući da slobodni objekt zadržava konstantnu brzinu u odnosu na inercijski sustav K, u odnosu na sustav K 'imat će ubrzanje a' = -A. Naravno, ubrzanje koje objekt postiže u odnosu na sustav K 'imat će ubrzanje koje je neovisno o svojstvima predmeta; konkretno, a 'ne ovisi o masi predmeta.

Ova činjenica omogućuje uspostavljanje vrlo važne analogije između gibanja u neercijalnom sustavu i gibanja u polju. gravitacijsko, s obzirom da u gravitacijskom polju sva tijela, bez ovisnosti o svojoj masi, dobivaju isto ubrzanje, izračunato u 9,81 m / s² za pojmove planeta Zemlja.

Zakoni mehanike ne vrijede u ubrzanom sustavu. Međutim, dinamičke jednadžbe mogu se izmijeniti tako da vrijede i za kretanje objekta s obzirom na neercijalni sustav K '; dovoljno je uvesti inercijalnu silu F *, proporcionalnu masi tijela i ubrzanju - stečenom u odnosu na K´ ako je bez interakcija.

Važno je napomenuti da se inercijalna sila F * razlikuje od sila povezanih s interakcijama u dva aspekta: Prije svega, ne postoji sila –F * koja bi joj se suprotstavila kako bi uravnotežila sustav. I drugo, postojanje ove inercijske sile ovisi o razmatranom sustavu. U inercijskom sustavu Newtonov zakon za slobodni objekt glasi:

Ali za ubrzani referentni sustav stoji:

Rotirajući referentni sustavi

Razmotrit ćemo tijelo koje opisuje krug polumjera r konstantne brzine v, uzeto s obzirom na inercijski sustav K. Uz ovu referencu, tijelo će imati ubrzanje, što je ekvivalentno:

To ako se pretpostavlja da je promjena r, od središta opsega prema van, pozitivna. S obzirom na K 'sustav čiji se početak podudara sa središtem opsega i koji se okreće kutnom brzinom Ω, tijelo ima tangencijalnu brzinu v´T + Ωr, a njegovo ubrzanje je:

Tada postoji razlika između ubrzanja tijela u odnosu na K 'i ubrzanja u odnosu na K:

Ova razlika u ubrzanjima između oba sustava može se objasniti postojanjem inercijske sile u sustavu K ':

Dopunjena s "m", masom tijela, koja sliči Newtonovom drugom zakonu, i ovisi o udaljenost od tijela do središta opsega i njegova tangencijalna brzina v'T u odnosu na sustav rotacijski K´. Prvi član odgovara radijalnoj sili koja pokazuje iznutra prema van, a naziva se Centrifugalna sila;drugi član odgovara radijalnoj sili usmjerenoj prema van ili prema unutra, prema pozitivnom ili negativnom znaku v´T, i takozvana je Coriolisova sila za tijelo koje se tangencijalno kreće u odnosu na K´.

10 primjera relativnog kretanja u svakodnevnom životu:

1. Translacijsko kretanje Zemlje, u odnosu na kretanje ostalih planeta, čija je središnja točka Sunce.

2. Kretanje lanca bicikla u odnosu na pokret pedala.

3. Silazak dizala u zgradi, u odnosu na drugi koji se penje. Čini se da idu brže, jer između njih pojačavaju optičku iluziju kretanja drugog.

4. Čini se da se dva trkaća automobila koja se tijekom natjecanja nalaze u bliskim položajima jako kreću malo međusobno, ali kad se perspektiva postavi na cijelu stazu, možete vidjeti stvarnu brzinu kojom oni putuju.

5. Sportaši u maratonu grupiraju se u gomilu, pa se uočava brzina u grupi, ali ni jedna brzina, sve dok perspektiva nije usmjerena na nju. Njegovo ubrzanje najbolje je cijeniti u usporedbi s prethodnim konkurentom.

6. Kada se provodi proučavanje postupka oplodnje, snimaju se mikrometrijske brzine spermatozoida vezanih za ovulu, kao da su makroskopske brzine. Kad bi se ljudske oke mogle promatrati prirodne brzine, bile bi neprimjetne.

7. Pomicanje Galaksija u Svemiru svake je sekunde veličine kilometra, ali ga prostranstvo svemira ne može otkriti.

8. Svemirska sonda može registrirati vlastitu brzinu takvu da bi na površini Zemlje bila ogromna, ali promatrajući je u svemirskim veličinama, spora je.

9. Kazaljke sata također se primjenjuju na koncept relativnog kretanja, jer dok jedno jest pomiče po jedan prostor svake sekunde, drugi pomiče po jedan prostor svake minute i zadnji po jedan prostor sat.

10. Čini se da stupovi snage idu brzinom gledajući ih iz automobila koji se kreću, ali zapravo miruju. To je jedan od najreprezentativnijih primjera relativnog kretanja.