"О чем эта тема? Что за странные слова в названии?" — можете спросить вы. И правильно сделаете. Согласен — звучит как-то странно.

Эта тема про странности, которые могут происходить со скоростями. Оказывается, скорость одного и того же тела может быть разной. В этом разделе мы будем рассматривать только случаи с постоянными скоростями. То есть все скорости, которые здесь будут приведены (во всех примерах, во всех теоретических текстах), будут всегда постоянны.

Давайте посмотрим на конкретный пример.

Мальчик идет по салону автобуса с последнего ряда сидений к водителю.

Пусть мальчик смотрит в пол автобуса и видит, как он проходит пол автобуса, допустим, со скоростью Vмальчика=3V_{мальчика}=3 км/ч. В то же время автобус едет со скоростью Vавтобуса=40V_{автобуса}=40 км/ч. Относительно автобуса мальчик двигается со скоростью 33 км/ч. А если мальчик посмотрит в окно автобуса, то увидит, как он двигается со скоростью Vмальчика=3 км/ч+40 км/ч=43V_{мальчика}=3\text{ км/ч}+40\text{ км/ч}=43 км/ч. Таким образом, скорость разная в зависимости от того, относительно какого объекта она измеряется.

Рабочий с ведром в руке поднимается на лифте со скоростью 1010 км/ч.

Какова скорость ведра относительно рабочего?

А какова скорость ведра относительно лифта?

А чему равна скорость ведра относительно земли?

В этом и состоит странность относительности движения. Важно то, относительно какого объекта измеряется наша скорость. В учебнике это написано такими сухими словами: "Система отсчета включает в себя 1) тело отсчета; 2) связанную с ним систему координат; 3) систему отсчета времени". Нам бы попроще. Попроще: скорость зависит от того, относительно чего ее измеряешь. Это и есть относительность движения.

А преобразования Галилея — это правила, которые позволяют менять тело отсчета и пересчитывать правильным образом скорости.

Давайте начнем с простого. Рассмотрим несложные случаи и запомним правила для них.

Пусть на велосипеде вправо едет мальчик, а навстречу ему тоже на велосипеде едет девочка. Относительно земли у мальчика скорость Vмальчика=15V_{мальчика}=15 км/ч, а у девочки скорость Vдевочки=10V_{девочки}=10 км/ч.

С какой скоростью девочка приближается к мальчику (в км/ч)?

Главный вывод: когда тела двигаются навстречу друг другу (скорости направлены в противоположные стороны) — для получения скорости одного тела относительно другого их скорости складываются!

Рассмотрим другой пример. В этом примере тела двигаются в одном направлении.

Вправо едет трамвай со скоростью Vтрамвая=50V_{трамвая}=50 км/ч. За ним едет и пытается догнать его мотоцикл. Скорость мотоцикла равна Vмотоцикла=60V_{мотоцикла}=60 км/ч.

С какой скоростью мотоцикл приближается к трамваю?

Можно сделать следующий вывод.

Когда скорости направлены в одну сторону, то для получения скорости одного тела относительно другого из большей скорости вычитается меньшая; направление скорости тела с бОльшей скоростью не меняется, а направление скорости тела с меньшей скоростью меняется на противоположное.

Разберем несколько задач.

Скорость велосипедиста 3636 км/ч, а скорость ветра 44 м/с. Какова скорость ветра в системе отсчета, связанной с велосипедистом, при встречном ветре? (Источник: Рымкевич А.П. Сборник задач по физике)

Аналогичная задача для попутного ветра. Скорость велосипедиста 3636 км/ч, а скорость ветра 44 м/с. Какова скорость ветра в системе отсчета, связанной с велосипедистом, при попутном ветре? (Источник: Рымкевич А.П. Сборник задач по физике)

И напоследок — рассмотрим преобразования Галилея в общем виде. Опять же — воспользуемся примером. Этот материал бывает немного сложноват в восприятии, но если его понять, то можно будет запросто решать задачи любого уровня сложности.

Представим, что в салоне движущегося автобуса от задней двери к водителю идет мальчик.

Автобус движется со скоростью U\vec{U'}, мальчик движется со скоростью V\vec{V'} относительно автобуса. Тогда скорость мальчика относительно земли равна V=V+U\vec{V}=\vec{V'}+\vec{U'}.

Или более понятно:

Скорость тела в неподвижной системе отсчета равна = скорость тела в подвижной системе отсчета + скорость подвижной системы отсчета.

И все это в векторах. Такая штукенция ну оооочень помогает решать совершенно запутанные задачи. В принципе, правило, которое мы только что записали, — это и есть преобразования Галилея.

След капель дождя на окнах неподвижного вагона составляет с вертикалью угол 6060^{\circ}. При движении вагона со скоростью 4545 км/ч по горизонтальному пути полосы от дождя вертикальны. Какова скорость капель относительно движущегося вагона? Ответ выразите в км/ч и при необходимости округлите до целого числа. (Источник: ЕГЭ-2013. Физика. Досрочный экзамен)

Задачи для самостоятельного решения: #относительность движения

  • Понравилось?
    +6
  • 1