Пример относительного движения

В относительное движение это тот, который предполагается в тело, движущееся в системе отсчета, который перемещается в другой системе отсчета. Чтобы лучше понять это, будут установлены концепции систем отсчета, которые могут быть инерционными или неинерциальными.

Система отсчета - это совокупность тел, относительно которых описывается движение. Системы, в которых проверяется закон инерции, то есть законы движения Ньютона, называются инерционными системами.. Следовательно, любая система, которая плавно движется относительно инерциальной системы, также является инерциальной.

Создается объект, свободный от воздействующих на него сил, который движется со скоростью v относительно a. инерциальная система K, и предполагается, что другая система K 'перемещается относительно K с постоянной скоростью В. Поскольку известно, что на объект не действуют никакие силы и система K инерциальна, скорость v останется постоянной. Свободный объект будет двигаться равномерно также по отношению к системе K ', и, следовательно, эта система также является инерционной.

Анализируя свободное движение тела, вы не можете различить различные инерционные системы. Опыт показывает, что все законы механики одинаковы во всех инерциальных системах, и этот факт называется «принципом относительности Галилея».

На практике принцип относительности Галилея означает, что Наблюдатель, находящийся внутри закрытое помещение не способно различить, находится ли оно в состоянии покоя или движется со скоростью постоянный; однако вы можете отличить плавное движение от ускоренного.

Примеры относительного движения

Системы в ускоренном прямолинейном движении

Система отсчета K ', которая движется с переменной скоростью V (t) (эта скорость является функцией времени), будет приниматься во внимание по отношению к инерциальной системе K. Согласно принципу инерции, свободный от сил объект будет двигаться с постоянной скоростью v относительно системы K. Скорость v объекта относительно ускоренной системы K 'проверяет галилееву сумму скоростей:

Следовательно, v 'не может быть постоянным. Это означает, что в системе K 'закон инерции не выполняется, поскольку относительно K' свободный от сил объект не имеет равномерного движения. Наконец, K '- неинерциальная система отсчета.

Предполагается, что в данный момент ускорение системы K 'относительно системы K равно A. Поскольку свободный объект сохраняет свою скорость постоянной по отношению к инерциальной системе K, по отношению к системе K 'он будет иметь ускорение a' = -A. Конечно, ускорение, которое объект приобретает по отношению к системе K ', будет иметь ускорение, которое не зависит от свойств объекта; в частности, a 'не зависит от массы объекта.

Этот факт позволяет установить очень важную аналогию между движением в неинерциальной системе и движением в поле. гравитационного поля, поскольку в гравитационном поле все тела, независимо от их массы, приобретают одинаковое ускорение, рассчитанное в 9,81 м / с² для точки планеты Земля.

Законы механики не выполняются в ускоренной системе. Однако динамические уравнения можно изменить так, чтобы они действовали также для движения объекта относительно неинерциальной системы K '; достаточно ввести инерционную силу F *, пропорциональную массе тела и ускорению –A по отношению к K´, если оно не взаимодействует.

Важно отметить, что сила инерции F * отличается от сил, связанных с взаимодействиями, в двух отношениях: Прежде всего, нет Силы –F *, которая бы противодействовала ей, чтобы сбалансировать систему. А во-вторых, существование этой инерционной силы зависит от рассматриваемой системы.. В инерциальной системе закон Ньютона для свободного объекта имеет вид:

Но для ускоренной системы отсчета указано:

Вращающиеся системы отсчета

Мы будем рассматривать тело, описывающее окружность радиуса r с постоянной скоростью v, взятую относительно инерциальной системы K. С этой ссылкой тело будет иметь ускорение, которое эквивалентно:

Это если предполагается, что изменение r от центра окружности кнаружи будет положительным. По отношению к системе K ', начало которой совпадает с центром окружности и которая вращается с угловой скоростью Ω, тело имеет тангенциальную скорость v´T + Ωr, а его ускорение равно:

Тогда между ускорением тела относительно K 'и ускорением относительно K есть разница:

Это различие в ускорениях между обеими системами можно объяснить существованием в системе K 'силы инерции:

Дополняется буквой m, массой тела, чтобы напоминать второй закон Ньютона, и зависит от расстояние от тела до центра окружности и его тангенциальная скорость v'T относительно системы поворотный K´. Первый член соответствует радиальной силе, которая направлена ​​изнутри наружу, и называется центробежной силой;второй член соответствует радиальной силе, направленной наружу или внутрь, согласно положительному или отрицательному знаку v´T, и является так называемой силой Кориолиса для тела, которое движется по касательной относительно K´.

10 примеров относительного движения в повседневной жизни:

1. Поступательное движение Земли по отношению к другим планетам, центральной точкой которых является Солнце.

2. Движение велосипедной цепи относительно педалей.

3. Спуск лифта в здании по отношению к другому, поднимающемуся. Кажется, что они движутся быстрее, потому что между собой они усиливают оптическую иллюзию движения другого.

4. Два гоночных автомобиля, сближающихся во время соревнования, кажутся очень движущимися. мало друг к другу, но когда перспектива помещена на всю дорожку, вы можете увидеть фактическую скорость, с которой они путешествуют.

5. Спортсмены в марафоне группируются в толпу, поэтому можно различить групповую скорость, но не отдельную скорость, пока на ней не сфокусируется взгляд. Его ускорение лучше оценивается по сравнению с предыдущим конкурентом.

6. При изучении процесса оплодотворения фиксируются микрометрические скорости сперматозоидов, связанных с яйцеклеткой, как если бы они были макроскопическими скоростями. Если бы естественные скорости наблюдались человеческим глазом, они были бы незаметны.

7. Смещение галактик во Вселенной составляет порядка километра каждую секунду, но его невозможно обнаружить из-за необъятности космоса.

8. Космический зонд может зарегистрировать собственную скорость, так что на поверхности Земли она будет огромной, но при наблюдении за ней в космических величинах она будет медленной.

9. Стрелки часов также применимы к концепции относительного движения, потому что в то время как один перемещается со скоростью одно деление каждую секунду, другое перемещается на одно деление каждую минуту, и последнее по одному делению каждое час.

10. Если смотреть из движущегося автомобиля, столбы кажутся движущимися со скоростью, но на самом деле они неподвижны. Это один из наиболее представительных примеров относительного движения.