Primer relativnega gibanja

The relativno gibanje je tista, ki je predpostavljena v telo, ki se giblje znotraj referenčnega okvira, ki se premika znotraj drugega referenčnega okvira. Da bi ga bolje razumeli, bodo vzpostavljeni koncepti referenčnih okvirov, ki so lahko inercijski ali neercialni.

Referenčni okvir je nabor teles, glede katerih je gibanje opisano. Sistemi, za katere je v njih preverjen zakon vztrajnosti, to je Newtonovi zakoni gibanja, se imenujejo inercialni sistemi. Vsak sistem, ki se gladko premika glede na vztrajnostni sistem, je torej tudi vztrajnostni.

Predmet brez sil, ki nanj vplivajo, je postavljen in se giblje s hitrostjo v glede na a vztrajnostni sistem K in predpostavlja se, da se drug sistem K 'prevaja glede na K s konstantno hitrostjo V. Ker je znano, da na objekt ne delujejo sile in je sistem K inercijski, bo hitrost v ostala konstantna. Prosti objekt se bo enakomerno premikal tudi glede na sistem K ', zato je tudi ta sistem inerten.

Pri analiziranju prostega gibanja telesa ne morete razlikovati med različnimi vztrajnostnimi sistemi. Iz izkušenj je poudarjeno, da

vsi zakoni mehanike so enaki v vseh vztrajnostnih sistemih in temu dejstvu pravimo "Galilejev princip relativnosti".

V praksi Galilejevo načelo relativnosti pomeni, da se opazovalec nahaja znotraj zaprta soba ne more razlikovati, ali soba miruje ali se premika s hitrostjo konstanten; lahko pa ugotovite razliko med gladkim gibanjem in pospešenim gibanjem.

Primeri relativnega gibanja

Sistemi v pospešenem pravokotnem gibanju

Upoštevan bo referenčni sistem K ', ki se premika s spremenljivo hitrostjo V (t) (ta hitrost je odvisna od časa) glede na vztrajnostni sistem K. Po principu vztrajnosti se bo predmet brez sil gibal s konstantno hitrostjo v glede na sistem K. Hitrost v predmeta glede na pospešeni sistem K 'potrjuje Galilejevo vsoto hitrosti:

Posledično v 'ne more biti konstanten. To pomeni, da v sistemu K 'zakon vztrajnosti ni izpolnjen, saj glede na K' predmet brez sil nima enakomernega gibanja. Končno je K 'neinercijski referenčni okvir.

Predpostavlja se, da je v danem trenutku pospešek sistema K 'glede na sistem K enak A. Ker prosti objekt ohranja konstantno hitrost glede na vztrajnostni sistem K, bo imel glede na sistem K 'pospešek a' = -A. Seveda bo pospešek, ki ga objekt pridobi glede na sistem K ', imel pospešek, ki je neodvisen od lastnosti predmeta; natančneje, a 'ni odvisen od mase predmeta.

To dejstvo omogoča vzpostavitev zelo pomembne analogije med gibanjem v neercialnem sistemu in gibanjem v polju. gravitacijski, glede na to, da v gravitacijskem polju vsa telesa, ne glede na njihovo maso, dobijo enak pospešek, izračunan v 9,81 m / s² v smislu planeta Zemlja.

Zakoni mehanike v pospešenem sistemu ne držijo. Dinamične enačbe pa je mogoče spremeniti tako, da veljajo tudi za gibanje predmeta glede na neinercijski sistem K '; dovolj je, da uvedemo vztrajnostno silo F *, sorazmerno z maso telesa in pospeškom - pridobljenim glede na K´, če je brez interakcij.

Pomembno je omeniti, da se vztrajnostna sila F * od sil, povezanih z interakcijami, razlikuje v dveh pogledih: Prvič, ni sile -F *, ki bi ji preprečila uravnoteženje sistema. In drugič, obstoj te vztrajnostne sile je odvisen od obravnavanega sistema. V vztrajnostnem sistemu je Newtonov zakon za prosti objekt:

Toda za pospešeni referenčni sistem je navedeno:

Vrtljivi referenčni sistemi

Upoštevali bomo telo, ki opisuje krog polmera r s konstantno hitrostjo v, vzet glede na vztrajnostni sistem K. S to referenco bo telo imelo pospešek, ki je enakovreden:

To, če se šteje, da je sprememba r od središča oboda navzven pozitivna. Glede na sistem K ', katerega izvor sovpada s središčem oboda in se vrti s kotno hitrostjo Ω, ima telo tangencialno hitrost v´T + Ωr, njegov pospešek pa je:

Potem je med pospeševanjem telesa glede na K 'in pospeškom glede na K razlika:

To razliko v pospeških med obema sistemoma lahko razložimo z obstojem vztrajnostne sile v sistemu K ':

Dopolnjena z "m", masa telesa je podobna Newtonovemu drugemu zakonu in je odvisna od razdalja od telesa do središča oboda in njegova tangencialna hitrost v'T glede na sistem vrtljivi K´. Prvi člen ustreza radialni sili, ki kaže od znotraj navzven, in se imenuje Centrifugalna sila;drugi člen ustreza radialni sili, ki je usmerjena navzven ali navznoter, v skladu s pozitivnim ali negativnim predznakom v´T, in je tako imenovana Coriolisova sila za telo, ki se tangencialno premika glede na K´.

10 primerov relativnega gibanja v vsakdanjem življenju:

1. Translacijsko gibanje Zemlje glede na gibanje drugih planetov, katerih osrednja točka je Sonce.

2. Gibanje kolesarske verige glede na gibanje pedalov.

3. Spust dvigala v stavbi glede na drugo, ki se dviga. Zdi se, da gredo hitreje, saj med njima povečujejo optično iluzijo gibanja drugega.

4. Zdi se, da se dva dirkalnika, ki se med tekmovanjem znajdeta blizu, premikata med seboj malo, toda ko je perspektiva postavljena na celotno progo, lahko vidite dejansko hitrost potujejo.

5. Športniki v maratonu so združeni v množico, zato je zaznati skupinsko hitrost, vendar niti ene hitrosti, dokler perspektiva ni usmerjena nanjo. Njegovo pospeševanje je najbolje ceniti v primerjavi s prejšnjim konkurentom.

6. Ko se prouči postopek oploditve, se zajamejo mikrometrične hitrosti sperme, vezane na ovulo, kot da bi bile makroskopske hitrosti. Če bi človeške oči opazovali naravne hitrosti, bi bile neopazne.

7. Premik galaksij v vesolju je vsako sekundo velikosti kilometrov, vendar ga prostorska vesolja ne zazna.

8. Vesoljska sonda lahko zabeleži svojo lastno hitrost, tako da bi bila na površju Zemlje ogromna, vendar je opazovanje v vesoljskih velikostih počasno.

9. Kazaljke ure se nanašajo tudi na koncept relativnega gibanja, ker medtem ko eno je premika en presledek vsako sekundo, drugi vsako minuto en presledek, zadnji pa presledek uro.

10. Videti je, da močnostni drogovi gredo s hitrostjo, če jih gledamo iz avtomobila, ki se premika, vendar dejansko mirujejo. Je eden najbolj reprezentativnih primerov relativnega gibanja.