Exemplu de mișcare relativă
Fizică / / July 04, 2021
mișcare relativă este cel care este presupus în un corp care se mișcă într-un cadru de referință, care se deplasează într-un alt cadru de referință. Pentru a o înțelege mai bine, vor fi stabilite conceptele de cadre de referință, care pot fi inerțiale sau non-inerțiale.
Un cadru de referință este ansamblul corpurilor cu privire la care este descrisă mișcarea. Sisteme de așa natură încât în ele este verificată Legea inerției, adică Legile mișcării lui Newton, se numesc sisteme inerțiale. Orice sistem care se mișcă lin cu privire la un sistem inerțial este, prin urmare, și inerțial.
Se pune un obiect lipsit de forțe care îl afectează, care se mișcă cu o viteză v față de a sistemul inerțial K și se presupune că un alt sistem K 'se traduce în raport cu K cu o viteză constantă V. Din moment ce se știe că nu acționează forțe asupra obiectului și sistemul K este inerțial, viteza v va rămâne constantă. Obiectul liber se va deplasa cu uniformitate și în ceea ce privește sistemul K 'și, în consecință, acest sistem este, de asemenea, inerțial.
Când analizați mișcarea liberă a unui corp, nu puteți face diferența între diferitele sisteme inerțiale. Din experiență se arată că toate legile mecanicii sunt aceleași în toate sistemele inerțiale, iar acest fapt se numește „Principiul relativității lui Galileo”.
În practică, Principiul relativității al lui Galileo înseamnă că observatorul se află în interior o cameră închisă nu este capabilă să distingă dacă camera este în repaus sau se mișcă cu viteză constant; cu toate acestea, puteți face diferența dintre mișcarea lină și mișcarea accelerată.
Exemple de mișcare relativă
Sisteme în mișcare rectilinie accelerată
Un sistem de referință K 'care se deplasează cu o viteză variabilă V (t) va fi luat în considerare (această viteză este o funcție a timpului), în raport cu un sistem inerțial K. Conform principiului inerției, un obiect lipsit de forțe se va deplasa cu o viteză constantă v față de sistemul K. Viteza v a obiectului în raport cu sistemul accelerat K 'verifică suma galileană a vitezei:
În consecință, v 'nu poate fi constant. Aceasta înseamnă că în sistemul K 'legea inerției nu este îndeplinită, deoarece în ceea ce privește K' un obiect liber de forțe nu are mișcare uniformă. În cele din urmă, K 'este un cadru de referință non-inerțial.
Se va presupune că, la un moment dat, accelerația sistemului K 'față de sistemul K este A. Deoarece un obiect liber își păstrează viteza constantă față de sistemul inerțial K, față de sistemul K 'va avea o accelerație a' = -A. Desigur, accelerația pe care o dobândește un obiect față de sistemul K 'va avea o accelerație care este independentă de proprietățile obiectului; în mod specific, a 'nu depinde de masa obiectului.
Acest fapt face posibilă stabilirea unei analogii foarte importante între mișcarea într-un sistem non-inerțial și mișcarea într-un câmp. câmp gravitațional, deoarece într-un câmp gravitațional toate corpurile, fără a depinde de masa lor, dobândesc aceeași accelerație, calculată în 9,81 m / s2 pentru termenii planetei Pământ.
Legile mecanicii nu sunt valabile într-un sistem accelerat. Cu toate acestea, ecuațiile dinamice pot fi modificate astfel încât să fie valabile și pentru mișcarea unui obiect în raport cu un sistem non-inerțial K '; este suficient să se introducă o forță inerțială F *, proporțională cu masa corpului și cu accelerația –A dobândită față de K´ dacă este liberă de interacțiuni.
Este important de reținut că Forța Inerțială F * diferă de forțele legate de interacțiuni în două privințe: În primul rând, nu există o Forță –F * care să o contracareze pentru a echilibra sistemul. Și în al doilea rând, existența acestei forțe inerțiale este dependentă de sistemul luat în considerare. În sistemul inerțial, Legea lui Newton pentru un obiect liber este:
Dar pentru sistemul de referință accelerat se afirmă:
Sisteme de referință rotative
Vom lua în considerare un corp care descrie un cerc de rază r cu viteză constantă v, luat în raport cu un sistem inerțial K. Cu această referință, corpul va avea o accelerație, care este echivalentă cu:
Aceasta dacă schimbarea în r, de la centrul circumferinței spre exterior, se presupune că este pozitivă. În ceea ce privește un sistem K 'a cărui origine coincide cu centrul circumferinței și care se rotește cu o viteză unghiulară Ω, corpul are o viteză tangențială v´T + Ωr, iar accelerația sa este:
Apoi, între accelerația corpului față de K 'și accelerația față de K există o diferență:
Această diferență de accelerații între ambele sisteme poate fi explicată prin existența în sistemul K 'a unei forțe inerțiale:
Completată cu „m”, masa corpului, pentru a semăna cu a doua lege a lui Newton și depinde de distanța de la corp la centrul circumferinței și viteza tangențială a acestuia v'T față de sistem rotativ K´. Primul termen corespunde unei forțe radiale care indică din interior spre exterior și se numește Forța centrifugă;al doilea termen corespunde unei forțe radiale îndreptate spre exterior sau spre interior, conform semnului pozitiv sau negativ al v´T, și este așa-numita forță Coriolis pentru un corp care se mișcă tangențial față de K´.
10 exemple de mișcare relativă în viața de zi cu zi:
1. Mișcarea de translație a Pământului, față de cea a celorlalte planete, al căror punct central este Soarele.
2. Mișcarea unui lanț de bicicletă în raport cu cea a pedalelor.
3. Coborârea unui lift într-o clădire, față de alta care este în ascensiune. Se pare că merg mai repede, deoarece între ele sporesc iluzia optică a mișcării celuilalt.
4. Două mașini de curse care merg în poziții apropiate în timpul unei competiții par să se miște foarte mult puțin între ele, dar atunci când perspectiva este plasată pe întreaga pistă, puteți vedea viteza reală la care ei calatoresc.
5. Sportivii dintr-un maraton sunt grupați într-o mulțime, astfel încât viteza de grup este sesizabilă, dar nu o singură viteză, până când perspectiva nu este concentrată asupra ei. Accelerarea sa este cel mai bine apreciată în comparație cu un concurent anterior.
6. Când se efectuează studiul unui proces de fertilizare, se captează vitezele micrometrice ale spermatozoizilor care se îndreaptă spre ovul, ca și cum ar fi viteze macroscopice. Dacă viteza naturală ar fi observată cu ochiul uman, acestea ar fi imperceptibile.
7. Deplasarea galaxiilor în Univers este de ordinul Kilometrelor în fiecare secundă, dar este nedetectabilă de vastitatea spațiului.
8. O sondă spațială își poate înregistra propria viteză astfel încât la suprafața Pământului ar fi enormă, dar observând-o în mărimi spațiale, este lentă.
9. Mâinile ceasului se aplică și conceptului de mișcare relativă, deoarece în timp ce una este se mișcă cu ritmul unui spațiu în fiecare secundă, altul se mișcă un spațiu în fiecare minut, iar ultimul spațiu fiecare ora.
10. Stâlpii de putere par să meargă cu viteză când sunt priviți din interiorul unei mașini în mișcare, dar sunt de fapt odihniți. Este unul dintre cele mai reprezentative exemple de mișcare relativă.