相対運動の例

ザ・ 相対運動 で想定されているものです 基準座標系内を移動する物体、別の参照フレーム内を移動します。 それをよりよく理解するために、慣性または非慣性の参照フレームの概念が確立されます。

基準系は、動きが記述されているボディのセットです。 それらの中で慣性の法則が検証されるようなシステム、つまりニュートンの運動の法則は、慣性システムと呼ばれます。. したがって、慣性システムに対してスムーズに移動するシステムも慣性です。

それに影響を与える力のないオブジェクトがポーズされ、それはaに対して速度vで移動します。 慣性系Kであり、別の系K 'がKに対して一定の速度で移動すると仮定します。 V。 物体に力が作用せず、システムKが慣性であることがわかっているため、速度vは一定のままになります。 自由物体はK 'システムに関しても均一に移動するため、このシステムも慣性的です。

物体の自由運動を分析する場合、さまざまな慣性系を区別することはできません。 経験から、 力学のすべての法則はすべての慣性系で同じであり、この事実は「ガリレオの相対性原理」と呼ばれています。

実際には、ガリレオの相対性原理は、内部にいるオブザーバーを意味します 閉じた部屋では、部屋が静止しているか、高速で移動しているかを区別できません。 絶え間ない; ただし、スムーズモーションと加速モーションの違いはわかります。

相対運動の例

加速された直線運動のシステム

慣性系Kに関して、可変速度V（t）で移動する参照系K 'が考慮されます（この速度は時間の関数です）。 慣性の原理によれば、力のない物体は、システムKに対して一定の速度vで移動します。 加速されたシステムK 'に関するオブジェクトの速度vは、ガリラヤの速度の合計を検証します。

したがって、v 'を一定にすることはできません。 これは、システムK 'では、力のないオブジェクトが均一な運動をしないため、慣性の法則が満たされないことを意味します。 最後に、K 'は非慣性座標系です。

所与の瞬間において、システムＫに対するシステムＫ 'の加速度はＡであると仮定される。 自由物体は慣性系Kに関して一定の速度を維持するため、システムK 'に関しては加速度a' =-Aを持ちます。 もちろん、システムK 'に関してオブジェクトが取得する加速度は、オブジェクトのプロパティに依存しない加速度を持ちます。 具体的には、 'はオブジェクトの質量に依存しません。

この事実は、非慣性系の運動とフィールドの運動との間に非常に重要なアナロジーを確立することを可能にします。 重力場では、すべての物体は、質量に依存せずに、次のように計算された同じ加速度を取得します。 9.81 m / s² 惑星地球の用語のために。

力学の法則は、加速されたシステムには当てはまりません。 ただし、動的方程式は、非慣性系K 'に関するオブジェクトの運動にも有効になるように変更できます。 物体の質量と、相互作用がない場合はK´に関して取得された加速度–Aに比例する慣性力F *を導入するだけで十分です。

慣性力F *は、次の2つの点で相互作用に関連する力とは異なることに注意することが重要です。 まず第一に、システムのバランスをとるためにそれを打ち消す力–F *はありません。 そして第二に、この慣性力の存在は、考慮されるシステムに依存します. 慣性系では、自由対象のニュートンの法則は次のとおりです。

しかし、加速参照システムについては、次のように述べられています。

回転座標系

慣性系Kに関して、一定速度vの半径rの円を描く物体を考えます。 この参照により、ボディには次と同等の加速度があります。

これは、円周の中心から外側へのrの変化が正であると想定される場合です。 原点が円周の中心と一致し、角速度Ωで回転するK 'システムに関して、物体は接線速度v´T +Ωrを持ち、その加速度は次のとおりです。

次に、K 'に関する物体の加速度とKに関する加速度の間に違いがあります。

両方のシステム間の加速度のこの違いは、システムK 'に慣性力が存在することで説明できます。

ニュートンの第2法則に似た、体の質量である「m」で補完され、 物体から円周の中心までの距離と、システムに対するその接線速度v'T ロータリーK´。 最初の項は、内側から外側を指す半径方向の力に対応し、遠心力と呼ばれます。第2項は、外向きまたは内向きの半径方向の力に対応します、v´Tの正または負の符号によると、K´に対して接線方向に移動する物体のいわゆるコリオリの力です。

日常生活における相対運動の10の例：

1. 中心点が太陽である他の惑星のそれに対する地球の並進運動。

2. ペダルの動きに対する自転車のチェーンの動き。

3. 上昇している別のエレベータに対する、建物内のエレベータの下降。 それらの間で相手の動きの目の錯覚を強化するため、それらはより速く進むように見えます。

4. 競技中に接近した2台のレーシングカーが非常に動いているように見える お互いに少しですが、パースペクティブをトラック全体に配置すると、実際の速度を確認できます。 彼らは旅行する。

5. マラソンの選手は群衆の中にグループ化されているため、視点が焦点を合わせるまで、群速度は識別できますが、単一の速度ではありません。 以前の競合他社と比較すると、その加速はより高く評価されています。

6. 受精過程の研究が行われるとき、それらが巨視的な速度であるかのように、胚珠に結合した精子のマイクロメートルの速度が捕らえられます。 自然の速度を人間の目で観察した場合、それらは知覚できません。

7. 宇宙の銀河の変位は毎秒キロメートルのオーダーですが、それは広大な空間では検出できません。

8. 宇宙探査機は、地球の表面でそれが巨大になるようにそれ自身の速度を記録することができます、しかしそれを宇宙の大きさで観察することは遅いです。

9. 時計の針は相対運動の概念にも当てはまります。 毎秒1スペースの速度で移動し、別のスペースは毎分1スペース移動し、最後の1スペースはそれぞれ移動します 時間。

10. 移動中の車の中から見ると、電柱は高速で動いているように見えますが、実際には静止しています。 これは、相対運動の最も代表的な例の1つです。