ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 9 класс · § 2
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 2. Относительность движения

Почему один пассажир одновременно покоится и движется?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Почему один пассажир одновременно покоится и движется?

Наблюдаем и объясняем

Один пассажир — два наблюдателя

Сравни координату одного пассажира относительно земли и вагона. Изменяй скорости и момент наблюдения.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

3 м/с
1 м/с
2 с

Начала систем и пассажир совпадали при t = 0. Постоянные скорости, параллельные оси, галилеевское преобразование.

01

Отсчёт: тело, координаты и часы

Тело отсчёта — тело, относительно которого определяют положение других тел. С ним связывают систему координат, а время измеряют часами. Вместе тело отсчёта, координаты и часы образуют систему отсчёта.

Для движения вдоль прямой достаточно одной координаты x; на плоскости нужны x и y, в пространстве — три координаты. Начало и направление осей выбирают удобно, но после выбора соблюдают их во всех формулах.

Тело отсчёта

С чем связан наблюдатель

Координаты

Где расположен объект

Часы

Когда наблюдаем положение

Система отсчёта включает тело отсчёта, координаты и часы.

Является ли одна линейка системой отсчёта?

Нет. Она помогает измерять координату, но ещё требуется определить тело отсчёта и измерять время.

02

Относительность: два верных описания

Сидящий пассажир покоится относительно вагона и движется относительно платформы. Противоречия нет: утверждения относятся к разным системам. Поэтому скорость без указания системы может быть неоднозначной.

Траектория тоже относительна. Мяч, отпущенный в равномерно движущемся вагоне, падает вертикально относительно вагона, а относительно земли сохраняет горизонтальную скорость и движется по кривой, если сопротивлением воздуха пренебречь.

Относительность: два верных описания: сравнение
НаблюдательПассажир в креслеПадающий мяч
В вагонеПокоитсяВертикальный путь
На платформеДвижется с вагономКриволинейная траектория

Покой, скорость и траектория зависят от системы отсчёта.

Почему мяч не остаётся позади вагона?

До отпускания у мяча уже была горизонтальная скорость вагона относительно земли. При отсутствии горизонтальной силы она сохраняется.

Грузовой поезд в Южной Австралии

Сидящий пассажир покоится относительно вагона и движется относительно пути. Оба описания относятся к одному событию.

Tomoyn · CC BY 4.0 · Источник фотографии.

Земля с борта «Аполлона-17»

Земля может быть телом отсчёта для школьной задачи, хотя сама движется относительно Солнца.

NASA / экипаж «Аполлона-17» · Общественное достояние · Источник фотографии.

03

Координаты: один момент, разные числа

Пусть начало подвижной системы движется вправо со скоростью u, а в момент t = 0 начала совпадали. Тогда x = x′ + ut. Здесь x — координата относительно земли, x′ — относительно подвижной системы. Это простое преобразование используется при параллельных осях.

Например, u = 4 м/с, t = 3 с, x′ = 2 м. Начало подвижной системы сместилось на 12 м, поэтому x = 14 м. Разные значения координат описывают одно и то же положение относительно разных начал.

Положение начала

xначала = ut

Связь координат

x = x′ + ut

Пример

2 + 4·3 = 14 м

Координата зависит от выбора начала и движения системы отсчёта.

Что изменится при переносе начала неподвижной оси?

Координаты всех точек изменятся на одну постоянную величину, но разность координат двух положений останется прежней.

04

Сравнение: что именно изменили

В интерактиве переключай наблюдателя, сохраняя одно физическое движение. Координаты и скорости пересчитываются; сам опыт не становится другим. Сначала сравни положение пассажира относительно вагона, затем относительно земли.

В механике Ньютона для рассматриваемых скоростей время считают общим для систем. Не переносим это приближение на движение со скоростями, близкими к скорости света. Для школьных поездов и тележек оно даёт достаточную точность.

1. Назови наблюдателя

Земля или движущийся вагон

2. Укажи положительное направление

Согласуй знаки

3. Сравни в один момент

Не смешивай разные времена

В одном расчёте нельзя смешивать координаты и скорости из разных систем без преобразования.

Относительно чего обычно задана скорость поезда в расписании?

Обычно относительно Земли и железнодорожного пути. В задачах это соглашение нужно понимать, даже когда оно не повторено в каждой фразе.

Соберём главное

Шесть выводов

01Система отсчёта включает тело отсчёта, координаты и часы.
02Покой, скорость и траектория зависят от системы отсчёта.
03Координата зависит от выбора начала и движения системы отсчёта.
04В одном расчёте нельзя смешивать координаты и скорости из разных систем без преобразования.
05Начало координат и направление оси выбирают до подстановки чисел.
06Относительность движения не означает произвольность результата: при выбранной системе описание определено.
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.

1. Система отсчёта включает…
2. Пассажир в кресле движущегося вагона…
3. Траектория при смене системы отсчёта…
4. При x′ = 2 м, u = 4 м/с, t = 3 с координата x…
5. Если начала совпали при t = 0, связь координат…
6. Мяч в равномерно движущемся вагоне сохраняет горизонтальную скорость, потому что…
7. Для положения на плоскости обычно нужны…
8. При переносе начала неподвижной оси разность координат…
9. Скорость «5 м/с» требует уточнения…
10. В механике Галилея время двух систем…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 9 класс», § 2. Тема и содержание сверены с файлом «9 класс. Физика — § 02. Относительность движения.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. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.

↑

Загрузка прогресса…