Поскольку автомобили движутся в противоположных направлениях, относительная скорость равна сумме скоростей первого и второго автомобилей. Поэтому скорость второго автомобиля равна разности между относительной скоростью и скоростью второго тела, в данном случае первого автомобиля:
Относительность движения
Механическое движение считается самым простым видом движения. Она представляет собой изменение положения тела в пространстве с течением времени. Возникает закономерный вопрос: «Как определить положение тела в пространстве?». Положение тела в пространстве может быть определено только по отношению к другим телам. В физике нет способа определить положение тела в пространстве, если нет других тел. Поэтому нельзя говорить об изменении положения тела в пустом пространстве. Поэтому механическое движение тела можно рассматривать только по отношению к другим телам.
Принцип относительности механического движения основан на том, что любой вид движения (как и покоя тела) может иметь место только по отношению к другим телам.
Система отчета
Система отсчета — это тело, которое считается неподвижным и по отношению к которому мы рассматриваем движение других тел.
Например, в задачах движение транспорта и людей обычно рассматривается относительно Земли, где Земля считается неподвижным телом. Движение Земли рассматривается по отношению к Солнцу, которое в данном случае выбрано в качестве системы отсчета.
Чтобы указать положение движущегося тела и его изменение во времени, необходимо измерить интервалы и расстояния. Сочетание системы отсчета и прибора для измерения времени и расстояния называется системой отсчета.
Любое механическое движение рассматривается в системе отсчета. Одно и то же движение можно рассматривать в разных системах отсчета. Относительность движения в механике проявляется в том, что одно и то же движение по-разному реализуется в разных системах отсчета. В системе отсчета, связанной с Землей, например, орбита Луны — это замкнутая орбита, которая приближается к круговой траектории. Если вы посмотрите на движение Луны в системе отсчета, связанной с Солнцем, то обнаружите, что Луна движется по открытой орбите.
Физика имеет дело с объективными законами мира, которые не зависят от того, кто их изучает. Однако описание механического движения требует выбора произвольной системы отсчета, что вносит субъективность в изучение движения. Произвол в выборе системы отсчета ограничен соображениями целесообразности и удобства. Система отсчета выбирается таким образом, чтобы изучаемое движение и его законы были как можно более простыми.
Декартовая система координат
В декартовой системе координат, которая используется очень часто, положение точки (например, A) в определенный момент времени относительно этой системы определяется тремя координатами ($x,y,z$) или вектором радиуса $\overline$, проведенным из начала координат к A. Положение точки определяется радиусом вектора.
Материальная точка перемещается, и ее координаты меняются с течением времени. Движение точки определяется системой скалярных уравнений:
\left.<\begin x=x\left(t\right); \\ y=y\left(t\right); \\ z=z\left(t\right). \end \right.\left(1\right).\
Система уравнений (1) эквивалентна векторному уравнению:
Уравнения (1) и (2) называются кинематическими уравнениями движения материальной точки.
Вычитание времени ($t$) в уравнениях (1) и (2) дает уравнение движения материальной точки.
Относительное движение
Относительное движение — это движение объекта по отношению к другому объекту, который находится либо в покое, либо в движении, т.е. либо движется, либо неподвижен. Движение объекта не рассчитывается относительно земной поверхности.
При расчете относительного движения предполагается, что другой объект находится в статическом состоянии. Относительное движение включает в себя все аспекты движения, т.е. скорость, быстроту или ускорение.
Если посмотреть на человека, сидящего в аэроплане, кажется, что он движется с нулевой скоростью относительно аэроплана, но на самом деле человек движется с той же скоростью, что и аэроплан относительно земли. В этом движении все зависит от наблюдаемого наблюдателя — оно зависит от системы отсчета наблюдателя. Объекты могут двигаться относительно друг друга в одном или разных направлениях.
Относительная скорость
Относительная скорость тела учитывается, когда другой объект движется либо в том же направлении, либо в противоположном. Скорости участвующих объектов могут увеличиваться, уменьшаться или быть постоянными по отношению друг к другу.
Предположим, что начальные положения двух объектов A и B лежат в начале координат xA(0) и xB(0). Соответствующие положения этих объектов в момент времени t эквивалентны,
Перемещение из точки A в точку B определяется выражением
Скорость B по отношению к A задается следующим образом
Скорость A относительно B задается выражением
Графики PT, изображающие относительные скорости
- Два объекта движутся в одном направлении с одинаковыми скоростями.
- Два объекта явно неподвижны друг относительно друга.
- Величина VBAи VABменьше, чем значениеVA и V B.Объект А появляется быстрее, чем Б.
- Величина VBAи VABбольше, чем значениеVA и V B.Оба объекта будут двигаться быстрее друг к другу.
Скорость объекта всегда рассматривается по отношению к системе отсчета времени и системе отсчета (положению). Объект имеет равномерную скорость с четко видимой системой отсчета. Для всех практических целей за систему отсчета принимается поверхность Земли.
Например, при рассмотрении движения объектов в качестве системы отсчета берется поверхность Земли, и все движения рассматриваются относительно этой статической точки. Объекты могут двигаться как в одном, так и в противоположном направлении. Относительное движение можно рассматривать как по прямой, так и на плоскости во многих измерениях.
Относительность движения
В этом видеоуроке мы узнаем, как работает теория относительности движения. Мы узнаем, почему бессмысленно говорить о скорости тела без указания системы отсчета. Мы узнаем, как определить смещение тела относительно неподвижной системы отсчета, зная его смещение относительно подвижной системы. Также узнайте значение закона сложения скоростей и когда он применяется.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим учебным видео в этом пакете, вам необходимо добавить его в свой личный шкафчик.
2. Распределите видеоуроки по личным кабинетам ваших учеников.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Конспект урока «Относительность движения»
На предыдущих уроках мы видели, что положение тела в пространстве всегда определяется относительно другого тела, системы отсчета. Для этого к системе отсчета подключается система координат и выбирается способ измерения времени.
Поскольку мы свободны в выборе системы отсчета, положение одного и того же тела может быть рассмотрено одновременно в разных системах отсчета.
Например, положение самолета можно определить, сказав, что он находится на высоте 10 километров над уровнем моря. В то же время можно сказать, что он находится в 3 километрах от вершины горы. Это означает, что положение плоскости относительно: оно различно по отношению к различным системам отсчета.
Но не только положение тела относительно, его движение также относительно. В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда одни тела движутся относительно других движущихся тел. Например, пассажир перемещается в движущемся поезде или лодка пересекает реку с быстрым течением.
Наконец, наша планета вращается вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется со скоростью 20 км/с к границам созвездий Геркулеса и Лиры. Есть много других примеров такого рода. И сегодня мы выясним, каковы закономерности этих движений.
Во-первых, давайте проведем эксперимент. Опускаем металлический шарик в пробирку, наполненную сахарным сиропом, и перемещаем пробирку по горизонтали относительно доски, не меняя ориентации пробирки. Мы наблюдаем за движением шарика и записываем его положение на доске, например, каждые 10 секунд.
Назовем систему отсчета, связанную со столом, неподвижной, а систему отсчета, связанную с трубой, подвижной.
Из проведенного эксперимента ясно, что сфера претерпела смещение относительно трубы, т.е. движущейся системы отсчета, которое мы обозначим s’. Сама движущаяся система отсчета за это время переместилась на s0в отношении совета директоров.
На рисунке показано, что смещение сферы относительно неподвижной системы отсчета является векторной суммой смещений:
Итак, на основании проведенного эксперимента можно сказать, что смещение тела относительно неподвижной системы отсчета равно векторной сумме его смещения относительно подвижной системы и смещения подвижной системы относительно неподвижной.
Это экспериментально установленный принцип независимости движения.
Разумеется, это относится к движениям, происходящим в одном и том же временном интервале. Поэтому давайте разделим каждое из движений на него:
Вектор s/ t — это скорость шарика относительно неподвижной системы отсчета (т.е. стола). Вектор s’/t — это скорость шарика относительно трубы — движущейся системы отсчета. А вектор s0/t — скорость, с которой трубка движется относительно стола.
Скорость движения
Все тела находятся в движении, но некоторые движутся медленнее, а некоторые быстрее. Простые примеры: Вы идете в школу, по дороге мимо вас проносятся машины, а в небе пролетают самолеты.
Очевидно, что вы движетесь медленнее автомобиля и медленнее самолета, в то время как самолет движется быстрее автомобиля. Используя понятие скорости, можно с уверенностью сказать, что человек, автомобиль и самолет движутся с разной скоростью.
Скорость — это показатель того, насколько быстро движется человек. Если мы говорим, что человек идет со скоростью 5 км/ч, автомобиль движется со скоростью 60 км/ч, а самолет летит со скоростью 800 км/ч, это означает, что человек проходит расстояние в 5 км за один час, автомобиль движется со скоростью 60 км, а самолет пролетает 800 км за один час!
Какие бывают виды механического движения?
Механические движения могут быть равномерными или неравномерными.
Человек на эскалаторе, движение Земли вокруг Солнца, капля дождя в неподвижную погоду — вот некоторые примеры равномерного движения.
Идущий человек (довольно трудно идти с постоянной скоростью, особенно в городе), прыгающее за добычей животное, летящая птица или мяч, прыгающий с трамплина лыжник — это примеры неравномерного движения.
Если тело движется с постоянной скоростью и проходит равные расстояния за равные промежутки времени, то такое движение называется равномерным.
Однако если скорость меняется (то увеличивается, то уменьшается), а пройденные расстояния неодинаковы, такое движение называется нерегулярным.
Это нерегулярное движение, которое гораздо чаще встречается в природе.
