ตัวอย่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์

ดิ การเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ คือสิ่งที่สันนิษฐานใน ร่างกายเคลื่อนไหวภายในกรอบอ้างอิงซึ่งย้ายภายในกรอบอ้างอิงอื่น เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น แนวคิดของหน้าต่างอ้างอิงจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งสามารถเป็นแบบเฉื่อยหรือไม่เฉื่อยก็ได้

กรอบอ้างอิงคือชุดของวัตถุที่เกี่ยวข้องกับการอธิบายการเคลื่อนไหว ระบบดังกล่าวมีการตรวจสอบกฎความเฉื่อยนั่นคือกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเรียกว่าระบบเฉื่อย. ระบบใดๆ ที่เคลื่อนที่อย่างราบรื่นเมื่อเทียบกับระบบเฉื่อยก็จะเฉื่อยเช่นกัน

วัตถุที่ปราศจากแรงที่กระทบถูกวาง ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v เทียบกับ a ระบบเฉื่อย K และสันนิษฐานว่าระบบอื่น K 'แปลเทียบกับ K ด้วยความเร็วคงที่ วี เนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่าไม่มีแรงกระทำต่อวัตถุและระบบ K เป็นเฉื่อย ความเร็ว v จะคงที่ วัตถุอิสระจะเคลื่อนที่ด้วยความสม่ำเสมอเช่นเดียวกันกับระบบ K และด้วยเหตุนี้ระบบนี้ก็เฉื่อยเช่นกัน

เมื่อวิเคราะห์การเคลื่อนที่อิสระของร่างกาย คุณไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างระบบเฉื่อยต่างๆ จากประสบการณ์ชี้ให้เห็นว่า กฎของกลศาสตร์ทั้งหมดเหมือนกันในทุกระบบเฉื่อย และความจริงนี้เรียกว่า "หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ"

ในทางปฏิบัติ หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอหมายความว่าผู้สังเกตการณ์ตั้งอยู่ภายใน ห้องปิดไม่สามารถแยกแยะได้ว่าห้องนั้นอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว คงที่; อย่างไรก็ตาม คุณสามารถบอกความแตกต่างระหว่างการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นและการเคลื่อนไหวที่เร่งความเร็วได้

ตัวอย่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์

ระบบการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงแบบเร่งความเร็ว

ระบบอ้างอิง K ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแปรผัน V (t) จะถูกนำมาพิจารณาด้วย (ความเร็วนี้เป็นฟังก์ชันของเวลา) โดยเทียบกับระบบเฉื่อย K ตามหลักการของความเฉื่อย วัตถุที่ไม่มีแรงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ v เทียบกับระบบ K ความเร็ว v ของวัตถุเทียบกับระบบเร่ง K 'ตรวจสอบผลรวมของความเร็วของกาลิลี:

ดังนั้น v ไม่สามารถคงที่ได้ ซึ่งหมายความว่าในระบบ K 'กฎของความเฉื่อยไม่เป็นจริง เนื่องจากเกี่ยวกับ K' วัตถุที่ปราศจากแรงไม่มีการเคลื่อนที่ที่สม่ำเสมอ สุดท้าย K 'คือกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย

จะถือว่าในชั่วขณะหนึ่ง ความเร่งของระบบ K เทียบกับระบบ K คือ A เนื่องจากวัตถุอิสระคงความเร็วคงที่ของมันไว้เทียบกับระบบเฉื่อย K เทียบกับระบบ K 'มันจะมีอัตราเร่ง a' = -A แน่นอน ความเร่งที่วัตถุได้รับเมื่อเทียบกับระบบ K จะมีความเร่งที่ไม่ขึ้นกับคุณสมบัติของวัตถุนั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ' ไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุ

ข้อเท็จจริงนี้ทำให้สามารถสร้างการเปรียบเทียบที่สำคัญมากระหว่างการเคลื่อนที่ในระบบที่ไม่เฉื่อยกับการเคลื่อนที่ในสนาม แรงโน้มถ่วง เนื่องจากในสนามโน้มถ่วง วัตถุทั้งหมดโดยไม่ต้องขึ้นอยู่กับมวลของพวกมัน จะได้รับความเร่งเท่ากัน คำนวณใน 9.81 ม. / วินาที² สำหรับเงื่อนไขของดาวเคราะห์โลก

กฎของกลศาสตร์ไม่ได้อยู่ในระบบเร่ง อย่างไรก็ตาม สมการไดนามิกสามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อให้ใช้ได้กับการเคลื่อนที่ของวัตถุด้วยความเคารพต่อระบบที่ไม่ใช่เฉื่อย K '; มันก็เพียงพอแล้วที่จะแนะนำแรงเฉื่อย F * ซึ่งเป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกายและความเร่ง –A ที่ได้มาเทียบกับ K´ ถ้ามันไม่มีปฏิสัมพันธ์

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าแรงเฉื่อย F * แตกต่างจากแรงที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาในสองประการ: อย่างแรกเลย ไม่มี Force –F * ที่จะตอบโต้เพื่อให้ระบบสมดุล และประการที่สอง การมีอยู่ของแรงเฉื่อยนี้ขึ้นอยู่กับระบบที่พิจารณา. ในระบบเฉื่อย กฎของนิวตันสำหรับวัตถุอิสระคือ:

แต่สำหรับระบบอ้างอิงแบบเร่งจะมีการระบุไว้:

ระบบอ้างอิงแบบหมุน

เราจะพิจารณาวัตถุที่อธิบายวงกลมรัศมี r ด้วยความเร็วคงที่ v เทียบกับระบบเฉื่อย K ด้วยการอ้างอิงนี้ ร่างกายจะมีอัตราเร่ง ซึ่งเทียบเท่ากับ:

นี่ถ้าการเปลี่ยนแปลงของ r จากจุดศูนย์กลางของเส้นรอบวงออกไปด้านนอก ถือว่าเป็นค่าบวก สำหรับระบบ K ที่มีจุดกำเนิดตรงกับจุดศูนย์กลางของเส้นรอบวงและหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม Ω ร่างกายมีความเร็วสัมผัส v´T + Ωr และความเร่งคือ:

ระหว่างความเร่งของร่างกายเทียบกับ K และความเร่งเทียบกับ K จะมีความแตกต่าง:

ความแตกต่างในการเร่งความเร็วระหว่างทั้งสองระบบนี้สามารถอธิบายได้จากการมีอยู่ในระบบ K ของแรงเฉื่อย:

เติมด้วย "m" ซึ่งเป็นมวลของร่างกาย ให้คล้ายกับกฎข้อที่สองของนิวตัน และขึ้นอยู่กับ ระยะห่างจากร่างกายถึงศูนย์กลางของเส้นรอบวงและความเร็วสัมผัสของวัตถุเทียบกับระบบ โรตารี่ K´. เทอมแรกสอดคล้องกับแรงรัศมีที่ชี้จากภายในสู่ภายนอก และเรียกว่าแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเทอมที่สองสอดคล้องกับแรงรัศมีที่ชี้ออกไปด้านนอกหรือด้านในตามเครื่องหมายบวกหรือลบของ v´T และเรียกว่าแรงโคริโอลิสสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ในแนวสัมผัสเทียบกับ K´

10 ตัวอย่าง Relative Movement ในชีวิตประจำวัน:

1. การเคลื่อนที่เชิงแปลของโลกเทียบกับดาวเคราะห์ดวงอื่นซึ่งมีจุดศูนย์กลางคือดวงอาทิตย์

2. การเคลื่อนไหวของโซ่จักรยานที่สัมพันธ์กับคันเหยียบ

3. การขึ้นลงของลิฟต์ในอาคารโดยสัมพันธ์กับลิฟต์อีกตัวหนึ่งที่กำลังขึ้น ดูเหมือนว่าจะไปเร็วขึ้นเพราะระหว่างนั้นพวกมันช่วยเพิ่มภาพลวงตาของการเคลื่อนไหวของอีกฝ่าย

4. รถแข่งสองคันที่เข้าใกล้ระหว่างการแข่งขันดูเหมือนจะเคลื่อนไหวมาก ซึ่งกันและกันเล็กน้อย แต่เมื่อวางเปอร์สเปคทีฟไว้บนแทร็กทั้งหมด คุณจะเห็นความเร็วจริงที่ พวกเขาเดินทาง

5. นักกีฬาในการวิ่งมาราธอนจัดกลุ่มเป็นฝูงชน ดังนั้นความเร็วของกลุ่มจึงจะมองเห็นได้ชัดเจนแต่ไม่ใช่ความเร็วเดียว จนกว่ามุมมองจะโฟกัสไปที่ความเร็วนั้น อัตราเร่งจะดีที่สุดเมื่อเทียบกับคู่แข่งรายก่อน

6. เมื่อทำการศึกษากระบวนการปฏิสนธิ ความเร็วระดับไมโครเมตริกของตัวอสุจิที่จับกับออวุลจะถูกจับ ราวกับว่าพวกมันเป็นความเร็วระดับมหภาค หากจะสังเกตความเร็วตามธรรมชาติด้วยสายตามนุษย์ ก็จะมองไม่เห็น

7. การกระจัดของกาแล็กซีในจักรวาลนั้นอยู่ในลำดับกิโลเมตรทุก ๆ วินาที แต่พื้นที่อันกว้างใหญ่นั้นไม่สามารถตรวจพบได้

8. ยานสำรวจอวกาศสามารถบันทึกความเร็วของมันเองได้ โดยที่บนพื้นผิวโลกจะมีขนาดมหึมา แต่เมื่อสังเกตในขนาดอวกาศ มันจะช้า

9. เข็มนาฬิกายังใช้กับแนวคิดของการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ด้วย เพราะในขณะที่เข็มนาฬิกาหนึ่งคือ ย้ายหนึ่งช่องว่างทุกวินาที อื่นย้ายหนึ่งช่องว่างทุกนาที และหนึ่งช่องว่างสุดท้ายแต่ละ ชั่วโมง.

10. เสาไฟฟ้าดูเหมือนจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเมื่อมองจากภายในรถที่กำลังเคลื่อนที่ แต่จริงๆ แล้วพวกมันหยุดนิ่ง เป็นหนึ่งในตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์มากที่สุด