Relatīvā kustības piemērs

The relatīvā kustība ir tas, kas tiek pieņemts ķermenis, kas pārvietojas atskaites sistēmā, kas pārvietojas citā atskaites sistēmā. Lai to labāk saprastu, tiks izveidoti atsauces ietvaru jēdzieni, kas var būt inerciāli vai neinerciāli.

Atskaites sistēma ir ķermeņu kopums, attiecībā uz kuru apraksta kustību. Tādas sistēmas, kurās tajās tiek pārbaudīts inerces likums, tas ir, Ņūtona kustības likumus, sauc par inerciālām sistēmām. Tāpēc jebkura sistēma, kas vienmērīgi pārvietojas attiecībā pret inerciālu sistēmu, ir arī inerciāla.

Tiek uzlikts objekts, kas ir bez spēkiem, kas to ietekmē, un tas pārvietojas ar ātrumu v attiecībā pret a inerciālā sistēma K, un tiek pieņemts, ka cita sistēma K 'tiek pārveidota attiecībā pret K ar nemainīgu ātrumu V. Tā kā ir zināms, ka uz objektu nedarbojas spēki un sistēma K ir inerciāla, ātrums v paliks nemainīgs. Brīvais objekts pārvietosies vienmērīgi arī attiecībā uz K 'sistēmu, un līdz ar to arī šī sistēma ir inerciāla.

Analizējot ķermeņa brīvo kustību, jūs nevarat atšķirt dažādas inerciālās sistēmas. Pēc pieredzes tiek norādīts, ka

visi mehānikas likumi visās inerciālajās sistēmās ir vienādi, un šo faktu sauc par "Galileo relativitātes principu".

Praksē Galileo relativitātes princips nozīmē, ka Novērotājs atrodas iekšpusē slēgta telpa nespēj atšķirt, vai istaba ir miera stāvoklī vai pārvietojas ar ātrumu nemainīgs; tomēr jūs varat pateikt atšķirību starp vienmērīgu kustību un paātrinātu kustību.

Relatīvās kustības piemēri

Sistēmas paātrinātā taisnvirziena kustībā

Tiks ņemta vērā atskaites sistēma K ', kas pārvietojas ar mainīgu ātrumu V (t) (šis ātrums ir laika funkcija) attiecībā uz inerciālo sistēmu K Saskaņā ar inerces principu objekts, kas nav spēks, attiecībā pret sistēmu K pārvietosies ar nemainīgu ātrumu v. Objekta ātrums v attiecībā pret paātrināto sistēmu K 'pārbauda Galilejas ātrumu summu:

Līdz ar to v 'nevar būt nemainīgs. Tas nozīmē, ka sistēmā K 'inerces likums nav izpildīts, jo attiecībā uz K' objektam, kuram nav spēku, nav vienmērīgas kustības. Visbeidzot, K 'ir neinerciāla atskaites sistēma.

Pieņems, ka noteiktā brīdī sistēmas K 'paātrinājums attiecībā pret sistēmu K ir A. Tā kā brīvs objekts saglabā nemainīgu ātrumu attiecībā pret inerciālo sistēmu K, attiecībā pret sistēmu K 'tam būs paātrinājums a' = -A. Protams, paātrinājumam, ko objekts iegūst attiecībā pret sistēmu K ', būs paātrinājums, kas nav atkarīgs no objekta īpašībām; konkrēti, a 'nav atkarīgs no objekta masas.

Šis fakts ļauj izveidot ļoti svarīgu līdzību starp kustību neinerciālā sistēmā un kustību laukā. ņemot vērā to, ka gravitācijas laukā visi ķermeņi, neatkarīgi no to masas, iegūst vienādu paātrinājumu, kas aprēķināts 9,81 m / s² attiecībā uz planētu Zeme.

Mehānikas likumi nav paātrinātā sistēmā. Tomēr dinamiskos vienādojumus var mainīt, lai tie būtu derīgi arī objekta kustībai attiecībā pret neinerciālu sistēmu K '; pietiek ar inerciālā spēka F * ieviešanu, proporcionāls ķermeņa masai un paātrinājumam –A, kas iegūts attiecībā pret K´, ja tajā nav mijiedarbības.

Ir svarīgi atzīmēt, ka inerciālais spēks F * no spēkiem, kas saistīti ar mijiedarbību, atšķiras divos aspektos: Pirmkārt, nav spēka –F *, kas to neitralizētu, lai līdzsvarotu sistēmu. Otrkārt, šī inerciālā spēka esamība ir atkarīga no aplūkotās sistēmas. Inerciālajā sistēmā Ņūtona likums par brīvu objektu ir:

Bet paātrinātās atskaites sistēmai ir noteikts:

Rotējošas atskaites sistēmas

Mēs apsvērsim ķermeni, kas apraksta r rādiusa apli ar nemainīgu ātrumu v, kas ņemts attiecībā pret inerciālo sistēmu K. Izmantojot šo atsauci, ķermenim būs paātrinājums, kas ir līdzvērtīgs:

Tas tiek pieņemts, ja r izmaiņas no apkārtmēra centra uz āru tiek uzskatītas par pozitīvām. Attiecībā uz K ’sistēmu, kuras izcelsme sakrīt ar apkārtmēra centru un rotē ar leņķisko ātrumu Ω, ķermenim ir tangenciāls ātrums v´T + Ωr, un tā paātrinājums ir:

Tad starp ķermeņa paātrinājumu attiecībā pret K 'un paātrinājumu attiecībā pret K pastāv atšķirība:

Šo paātrinājumu atšķirību starp abām sistēmām var izskaidrot ar inerciāla spēka esamību sistēmā K ':

Ķermeņa masa, kas papildināta ar "m", atgādina Ņūtona otro likumu un ir atkarīga no attālums no ķermeņa līdz apkārtmēra centram un tā tangenciālais ātrums v'T attiecībā pret sistēmu rotējošais K´. Pirmais termins atbilst radiālajam spēkam, kas norāda no iekšpuses uz āru, un to sauc par centrbēdzes spēku;otrais termins atbilst radiālajam spēkam, kas vērsts uz āru vai uz iekšu, saskaņā ar v´T pozitīvo vai negatīvo zīmi, un tas ir tā saucamais Koriolisa spēks ķermenim, kas kustas tangenciāli attiecībā pret K´.

10 relatīvās kustības piemēri ikdienas dzīvē:

1. Zemes translācijas kustība attiecībā pret citām planētām, kuru centrālais punkts ir Saule.

2. Velosipēda ķēdes kustība attiecībā pret pedāļiem.

3. Lifta nolaišanās ēkā attiecībā pret citu augšupejošu. Šķiet, ka tie iet ātrāk, jo starp tiem uzlabo otra kustības optisko ilūziju.

4. Divas sacīkšu automašīnas, kas sacensību laikā nonāk tuvās pozīcijās, šķiet ļoti kustīgas maz viens otram, bet, kad perspektīva ir novietota visā trasē, jūs varat redzēt faktisko ātrumu viņi ceļo.

5. Sportisti maratonā ir grupēti pūlī, tāpēc grupas ātrums ir pamanāms, bet ne viens ātrums, kamēr perspektīva uz to nav vērsta. Tā paātrinājumu vislabāk novērtēt, salīdzinot ar iepriekšējo konkurentu.

6. Kad tiek veikts apaugļošanas procesa pētījums, tiek uztverti olšūnai piesaistīto spermatozoīdu mikrometriskie ātrumi, it kā tie būtu makroskopiski ātrumi. Ja dabiskie ātrumi tiktu novēroti ar cilvēka aci, tie nebūtu pamanāmi.

7. Galaktiku pārvietojums Visumā notiek aptuveni kilometru secībā katru sekundi, taču to nevar noteikt kosmosa plašums.

8. Kosmosa zonde var reģistrēt savu ātrumu tā, ka uz Zemes virsmas tas būtu milzīgs, bet, novērojot to kosmosa lielumos, tas ir lēns.

9. Pulksteņa rādītāji attiecas arī uz relatīvās kustības jēdzienu, jo, kamēr viens ir katru sekundi pārvieto vienu atstarpi, katra minūte pārvieto vienu atstarpi, bet katra - pēdējo stunda.

10. Spēka stabi, šķiet, brauc ar ātrumu, skatoties no braucošas automašīnas iekšpuses, bet tie faktiski ir miera stāvoklī. Tas ir viens no reprezentatīvākajiem relatīvās kustības piemēriem.