Поезд и два наблюдателя
Выбери наблюдателя и скорости. Схема покажет скорость человека относительно платформы или вагона.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Прямолинейное движение. Положительное направление — вправо. Стрелки скоростей показаны в одном масштабе.
Нужно выбрать тело отсчёта
Механическое движение — изменение положения тела относительно другого тела с течением времени. Чтобы описать его, выбирают тело отсчёта и способ измерять время.
Пассажир, сидящий в движущемся поезде, покоится относительно вагона и движется относительно платформы. Противоречия нет: сравниваются разные пары тел.
| Наблюдаемое тело | Тело отсчёта | Описание |
|---|---|---|
| Сидящий пассажир | Вагон | Покой |
| Тот же пассажир | Платформа | Движение |
| Платформа | Вагон | Движение в обратную сторону |
Покой и движение всегда описывают относительно выбранного тела отсчёта.
Можно ли сказать «пассажир движется», не уточняя сравнение?
В быту это понятно из контекста. В точном физическом описании нужно указать, относительно чего меняется положение.
Скорость зависит от наблюдателя
Если поезд движется вправо со скоростью 10 м/с, а человек идёт по вагону вправо со скоростью 1 м/с относительно вагона, относительно платформы он движется со скоростью 11 м/с.
Если человек идёт влево с той же скоростью относительно вагона, его скорость относительно платформы равна 9 м/с вправо. Здесь рассматриваются скорости вдоль одной прямой.
Вперёд по вагону
10 + 1 = 11 м/с
Назад по вагону
10 − 1 = 9 м/с
Сидит
10 + 0 = 10 м/с
При сравнении скоростей важно учитывать тело отсчёта и направление.
Идущий назад по вагону обязательно движется назад относительно земли?
Нет. Если поезд движется быстрее человека, относительно земли человек всё ещё перемещается вперёд.
Грузовой поезд в Южной Австралии
Пассажир может покоиться относительно вагона и двигаться относительно земли.
Tomoyn · CC BY 4.0 · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Земля с борта «Аполлона-17»
Земля удобна для многих задач как тело отсчёта, но сама движется.
NASA / экипаж «Аполлона-17» · Общественное достояние · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Траектория тоже относительна
Точка на ободе катящегося колеса относительно его оси движется по окружности. Относительно земли та же точка описывает более сложную линию.
Изменение наблюдателя не меняет саму ситуацию, но меняет описание положений тела. Поэтому рисунки траекторий нужно сопровождать указанием тела отсчёта.
Относительно оси
Окружность
Относительно дороги
Циклоидальная линия при качении без скольжения
Форма траектории может различаться для разных тел отсчёта.
Почему два верных рисунка движения одной точки могут не совпадать?
Они могут показывать положения точки относительно разных тел.
Пишем однозначное описание
Полезная запись включает объект, тело отсчёта, направление и изменение за время. Вместо «скорость равна 2» нужно сказать, чья скорость, относительно чего и в каких единицах.
Для большинства начальных задач тело отсчёта связано с поверхностью Земли. Но это выбор модели, а не утверждение, что Земля абсолютно неподвижна.
Объект
Человек в вагоне
Отсчёт
Платформа
Направление
Вдоль пути вправо
Величина
11 м/с
Указание тела отсчёта делает описание движения проверяемым и однозначным.
Земля является абсолютно неподвижным телом отсчёта?
Нет. Она вращается и обращается вокруг Солнца. Для многих земных задач её удобно считать неподвижной в выбранном приближении.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 14. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 14. Относительность покоя.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.