Relatív mozgás példa

A relatív mozgás az, amelyet feltételeznek a referenciakereten belül mozgó test, amely egy másik referenciakereten belül mozog. Ennek jobb megértése érdekében létrehozzák a referenciakeretek fogalmait, amelyek lehetnek inerciálisak vagy nem inerciálisak.

A referenciakeret a testek összessége, amelyekhez képest a mozgás leírásra kerül. Azokat a rendszereket, amelyekben a tehetetlenségi törvényt igazolják, vagyis Newton mozgástörvényeit, inerciális rendszereknek nevezzük. Minden olyan rendszer, amely zökkenőmentesen mozog egy inerciarendszer vonatkozásában, ezért inerciális is.

Felvetődik egy rá ható erőktől mentes tárgy, amely a sebességgel v sebességgel mozog a K inerciarendszer, és feltételezzük, hogy egy másik K 'rendszer állandó sebességgel fordít K-hoz képest V. Mivel ismert, hogy semmilyen erő nem hat az objektumra, és a K rendszer inerciális, a v sebesség állandó marad. A szabad tárgy egyenletesen mozog a K 'rendszer vonatkozásában is, következésképpen ez a rendszer szintén inerciális.

A test szabad mozgásának elemzése során nem tehet különbséget a különböző inerciarendszerek között. Tapasztalatból rámutattak arra a mechanika összes törvénye minden inerciarendszerben megegyezik, és ezt a tényt "Galilei relativitáselvének" nevezik.

A gyakorlatban a Galileo relativitás-elve azt jelenti, hogy a Figyelő bent helyezkedik el egy zárt helyiség nem képes megkülönböztetni, hogy a szoba nyugalomban van-e, vagy sebességgel mozog-e állandó; meg tudja különböztetni a sima mozgást és a gyorsított mozgást.

Példák a relatív mozgásra

Gyorsított egyenes vonalú mozgásban lévő rendszerek

A változó V (t) sebességgel mozgó K 'referenciarendszert figyelembe vesszük (ez a sebesség az idő függvénye), a K inerciarendszerhez viszonyítva. A tehetetlenség elve szerint egy erőktől mentes tárgy állandó v sebességgel mozog a K rendszerhez képest. Az objektum v sebessége a K 'gyorsított rendszerhez képest igazolja a sebesség galilei összegét:

Következésképpen a v 'nem lehet állandó. Ez azt jelenti, hogy a K 'rendszerben a tehetetlenségi törvény nem teljesül, mivel a K' vonatkozásában egy erőtől mentes tárgynak nincs egyenletes mozgása. Végül a K 'nem inerciális referenciakeret.

Feltételezzük, hogy egy adott pillanatban a K 'rendszer gyorsulása a K rendszerrel szemben A. Mivel egy szabad tárgy fenntartja állandó sebességét a K inerciarendszerhez képest, a K 'rendszerhez viszonyítva a' = -A gyorsulást mutat. Természetesen az a gyorsulás, amelyet egy objektum a K 'rendszerhez viszonyítva megszerez, olyan gyorsulással rendelkezik, amely független az objektum tulajdonságaitól; konkrétan az a 'nem függ a tárgy tömegétől.

Ez a tény lehetővé teszi egy nagyon fontos analógia megalapozását a nem inerciális rendszerű mozgás és a mező mozgása között. gravitációs, tekintettel arra, hogy egy gravitációs térben minden test, tömegétől függetlenül, ugyanazt a gyorsulást éri el, amelyet 9,81 m / s² a Föld bolygó szempontjából.

A mechanika törvényei nem érvényesülnek egy gyorsított rendszerben. A dinamikus egyenletek azonban megváltoztathatók úgy, hogy azok érvényesek legyenek egy objektum mozgására egy nem inerciális K 'rendszer vonatkozásában; elegendő egy F * tehetetlenségi erőt bevezetni, amely arányos a test tömegével és a K vonatkozásában megszerzett gyorsulással - A, ha kölcsönhatásoktól mentes.

Fontos megjegyezni, hogy az F * tehetetlenségi erő két szempontból különbözik az interakciókhoz kapcsolódó erőktől: Először is, nincs erő –F *, amely ellensúlyozná a rendszer egyensúlyát. Másodszor, ennek a tehetetlenségi erőnek a meglévő rendszertől függ. Az inerciarendszerben Newton törvénye egy ingyenes objektumra:

De a gyorsított referenciarendszer esetében ez áll:

Forgó referencia rendszerek

Egy olyan testet fogunk vizsgálni, amely leírja a v állandó sebességű r sugarú kört, figyelembe véve a K inerciarendszert. Ezzel a referenciával a testnek gyorsulása lesz, ami egyenértékű:

Ez akkor, ha feltételezzük, hogy az r változása a kerület közepétől kifelé pozitív. Egy olyan K 'rendszer tekintetében, amelynek kezdete egybeesik a kerület középpontjával és amely Ω szögsebességgel forog, a test tangenciális sebessége v´T + Ωr, és gyorsulása:

Ekkor a test gyorsulása K 'és a K felé való gyorsulása között különbség van:

Ez a két rendszer közötti gyorsulásbeli különbség azzal magyarázható, hogy a K 'rendszerben inerciális erő áll fenn:

Az "m" -nel kiegészítve a test tömege hasonlít Newton második törvényéhez, és attól függ távolság a testtől a kerület közepéig és annak tangenciális sebessége v'T a rendszerhez képest forgó K´. Az első kifejezés egy radiális erőnek felel meg, amely belülről kifelé mutat, és centrifugális erőnek hívják;a második kifejezés egy kifelé vagy befelé mutató sugárirányú erőnek felel meg, a v´T pozitív vagy negatív előjele szerint, és az úgynevezett Coriolis-erő egy olyan test számára, amely érintőlegesen mozog a K´-hoz képest.

10 példa a relatív mozgásra a mindennapi életben:

1. A Föld transzlációs mozgása, összehasonlítva a többi bolygóéval, amelyek központi pontja a Nap.

2. A kerékpárlánc mozgása a pedálokhoz képest.

3. Egy épületben egy lift leereszkedése egy emelkedő másikhoz képest. Úgy tűnik, gyorsabban haladnak, mert közöttük fokozzák a másik mozgásának optikai illúzióját.

4. Két versenyautó, amelyek szoros helyzetbe kerülnek egy verseny alatt, úgy tűnik, nagyon mozognak kevés egymásnak, de ha a perspektíva a teljes pályára kerül, láthatja a tényleges sebességet utaznak.

5. A maraton sportolói tömegbe vannak csoportosítva, így a csoport sebessége észlelhető, de nem egyetlen sebesség, amíg a perspektíva erre nem irányul. Gyorsulását leginkább egy korábbi versenyzőhöz képest értékelhetjük.

6. A megtermékenyítési folyamat tanulmányozása során a petesejthez kötött spermiumok mikrometrikus sebességét rögzítik, mintha makroszkopikus sebességek lennének. Ha a természetes sebességeket emberi szemmel figyelnék meg, akkor ezek észrevehetetlenek lennének.

7. A Galaxisok elmozdulása az Univerzumban másodpercenként kilométeres nagyságrendű, de a tér tágasága nem érzékelhető.

8. Az űrszonda regisztrálhatja saját sebességét úgy, hogy a Föld felszínén óriási lenne, de az űrnagyságokban megfigyelve lassú.

9. Az óra mutatói a relatív mozgás fogalmára is vonatkoznak, mert míg az egyik az másodpercenként egy helyet mozgat, egy másik percenként egy helyet, az utolsó pedig egy helyet óra.

10. Az elektromos oszlopok a mozgó autó belsejéből nézve nagy sebességgel haladnak, de valójában nyugalomban vannak. A relatív mozgás egyik legreprezentatívabb példája.