هل من الممكن أن تظل ثابتًا وتتحرك بشكل أسرع من سيارة الفورمولا 1؟ اتضح أن هذا ممكن. أي حركة تعتمد على اختيار النظام المرجعي، أي أن أي حركة هي أمر نسبي. موضوع درس اليوم: "نسبية الحركة. قانون جمع الإزاحات والسرعات." وسوف نتعلم كيفية اختيار النظام المرجعي في حالة معينة، وكيفية إيجاد إزاحة الجسم وسرعته.

الحركة الميكانيكية هي التغير في موضع الجسم في الفضاء بالنسبة للأجسام الأخرى مع مرور الوقت. العبارة الأساسية في هذا التعريف هي "بالنسبة للأجسام الأخرى". كل واحد منا لا يتحرك بالنسبة لأي سطح، ولكن بالنسبة للشمس، فإننا، مع الأرض بأكملها، نقوم بحركة مدارية بسرعة 30 كم/ثانية، أي أن الحركة تعتمد على النظام المرجعي.

النظام المرجعي عبارة عن مجموعة من أنظمة الإحداثيات والساعات المرتبطة بالجسم الذي تتم دراسة الحركة بالنسبة إليه. على سبيل المثال، عند وصف تحركات الركاب داخل السيارة، يمكن ربط النظام المرجعي بمقهى على جانب الطريق، أو بداخل السيارة، أو بسيارة متحركة قادمة إذا كنا نقدر وقت التجاوز (الشكل 1) .

أرز. 1. اختيار النظام المرجعي

ما هي الكميات والمفاهيم الفيزيائية التي تعتمد على اختيار النظام المرجعي؟

1. موضع الجسم أو إحداثياته

دعونا نفكر في نقطة تعسفية. في أنظمة مختلفة لها إحداثيات مختلفة (الشكل 2).

أرز. 2. إحداثيات نقطة في أنظمة الإحداثيات المختلفة

2. المسار

خذ بعين الاعتبار مسار نقطة على مروحة الطائرة في نظامين مرجعيين: الإطار المرجعي المرتبط بالطيار، والإطار المرجعي المرتبط بالمراقب على الأرض. للطيار نقطة معينةسيتم إجراء دوران دائري (الشكل 3).

أرز. 3. الدوران الدائري

بينما بالنسبة للمراقب على الأرض فإن مسار هذه النقطة سيكون خطًا حلزونيًا (الشكل 4). من الواضح أن المسار يعتمد على اختيار النظام المرجعي.

أرز. 4. المسار الحلزوني

النسبية للمسار. مسارات حركة الجسم في الأنظمة المرجعية المختلفة

دعونا نفكر في كيفية تغير مسار الحركة اعتمادًا على اختيار النظام المرجعي باستخدام مثال المشكلة.

مهمة

ماذا سيكون مسار النقطة الموجودة في نهاية المروحة في نقاط مرجعية مختلفة؟

1. في ثاني أكسيد الكربون المرتبط بطيار الطائرة.

2. في ثاني أكسيد الكربون المرتبط بالمراقب على الأرض.

حل:

1. لا يتحرك الطيار ولا المروحة بالنسبة للطائرة. بالنسبة للطيار، سيبدو مسار النقطة على شكل دائرة (الشكل 5).

أرز. 5. مسار النقطة بالنسبة للطيار

2. بالنسبة للمراقب على الأرض، تتحرك النقطة بطريقتين: الدوران والتحرك للأمام. سيكون المسار حلزونيًا (الشكل 6).

أرز. 6. مسار نقطة بالنسبة لمراقب على الأرض

إجابة : 1) الدائرة؛ 2) الحلزون.

وباستخدام هذه المشكلة كمثال، أصبحنا مقتنعين بأن المسار مفهوم نسبي.

كاختبار مستقل، نقترح عليك حل المشكلة التالية:

ماذا سيكون مسار النقطة الموجودة في نهاية العجلة بالنسبة إلى مركز العجلة إذا كانت هذه العجلة موجودة؟ التحرك إلى الأمامللأمام، وبالنسبة للنقاط الموجودة على الأرض (المراقب الثابت)؟

3. الحركة والمسار

دعونا نفكر في موقف عندما تكون الطوافة عائمة وفي مرحلة ما يقفز السباح منها ويحاول العبور إلى الشاطئ المقابل. ستكون حركة السباح بالنسبة للصياد الجالس على الشاطئ وحركة الطوافة مختلفة (الشكل 7).

تسمى الحركة بالنسبة إلى الأرض مطلقة، وبالنسبة للجسم المتحرك - نسبية. تسمى حركة الجسم المتحرك (الطوف) بالنسبة للجسم الثابت (الصياد) بالمحمولة.

أرز. 7. حركة السباح

ويترتب على المثال أن الإزاحة والمسار هما كميات نسبية.

4. السرعة

باستخدام المثال السابق، يمكنك بسهولة إظهار أن السرعة هي أيضًا كمية نسبية. بعد كل شيء، السرعة هي نسبة الحركة إلى الوقت. زمننا هو نفسه، لكن سفرنا مختلف. وبالتالي فإن السرعة ستكون مختلفة.

يسمى اعتماد خصائص الحركة على اختيار النظام المرجعي نسبية الحركة.

في تاريخ البشرية، كانت هناك حالات مثيرة مرتبطة بدقة باختيار النظام المرجعي. إعدام جيوردانو برونو والتنازل عن العرش جاليليو جاليلي- كل هذه نتائج الصراع بين مؤيدي النظام المرجعي لمركزية الأرض والنظام المرجعي لمركزية الشمس. كان من الصعب جدًا على البشرية أن تعتاد على فكرة أن الأرض ليست مركز الكون على الإطلاق، بل هي كوكب عادي تمامًا. ويمكن اعتبار الحركة ليس فقط بالنسبة للأرض، فهذه الحركة ستكون مطلقة ونسية بالنسبة للشمس أو النجوم أو أي أجسام أخرى. وصف الحركة الأجرام السماويةفي الإطار المرجعي المرتبط بالشمس، يكون الأمر أكثر ملاءمة وبساطة، وقد تم عرض ذلك بشكل مقنع أولاً بواسطة كبلر، ثم بواسطة نيوتن، الذي، بناءً على دراسة حركة القمر حول الأرض، استنتج قانونه الشهير للكون العالمي الجاذبية.

إذا قلنا أن المسار والمسار والإزاحة والسرعة نسبية، أي أنها تعتمد على اختيار النظام المرجعي، فإننا لا نقول ذلك عن الزمن. في إطار الميكانيكا الكلاسيكية أو النيوتونية، يعد الوقت قيمة مطلقة، أي أنه يتدفق بالتساوي في جميع الأنظمة المرجعية.

دعونا نفكر في كيفية العثور على الإزاحة والسرعة في نظام مرجعي واحد إذا كانت معروفة لنا في نظام مرجعي آخر.

دعونا نفكر في الموقف السابق، عندما كانت الطوافة تطفو وفي مرحلة ما يقفز السباح منها ويحاول العبور إلى الشاطئ المقابل.

كيف ترتبط حركة السباح بالنسبة إلى SO الثابت (المرتبط بالصياد) بحركة SO المتحرك نسبيًا (المرتبط بالطوف) (الشكل 8)؟

أرز. 8. رسم توضيحي للمشكلة

لقد أطلقنا على الحركة إطارًا مرجعيًا ثابتًا. من المثلث المتجه يتبع ذلك . الآن دعنا ننتقل إلى إيجاد العلاقة بين السرعات. دعونا نتذكر أن الزمن موجود في إطار الميكانيكا النيوتونية قيمه مطلقه(الوقت يتدفق بنفس الطريقة في جميع الأنظمة المرجعية). وهذا يعني أن كل حد من المساواة السابقة يمكن تقسيمه على الزمن. نحن نحصل:

هذه هي السرعة التي يتحرك بها السباح بالنسبة للصياد؛

هذه هي سرعة السباح نفسه؛

هذه هي سرعة الطوافة (سرعة النهر).

مشكلة في قانون جمع السرعات

دعونا نفكر في قانون إضافة السرعات باستخدام مسألة مثال.

مهمة

سيارتان تتحركان باتجاه بعضهما البعض: السيارة الأولى بسرعة، والثانية بسرعة. ما هي سرعة اقتراب السيارات من بعضها البعض (الشكل 9)؟

أرز. 9. رسم توضيحي للمشكلة

حل

دعونا نطبق قانون جمع السرعات. للقيام بذلك، دعونا ننتقل من ثاني أكسيد الكربون المعتاد المرتبط بالأرض إلى ثاني أكسيد الكربون المرتبط بالسيارة الأولى. وبذلك تصبح السيارة الأولى ثابتة، وتتحرك الثانية نحوها بسرعة (السرعة النسبية). ما السرعة التي تدور بها الأرض حول السيارة الأولى إذا كانت السيارة الأولى ثابتة؟ وتدور بسرعة وتتجه السرعة في اتجاه سرعة السيارة الثانية (سرعة النقل). يتم جمع متجهين موجهين على نفس الخط المستقيم. .

إجابة: .

حدود تطبيق قانون إضافة السرعات. قانون إضافة السرعات في النظرية النسبية

لفترة طويلة كان يعتقد ذلك القانون الكلاسيكيإن إضافة السرعات صالحة دائمًا وقابلة للتطبيق على جميع الأنظمة المرجعية. ومع ذلك، منذ حوالي سنوات تبين أن هذا القانون لا يعمل في بعض الحالات. دعونا ننظر في هذه الحالة باستخدام مشكلة مثال.

تخيل أنك على متن صاروخ فضائي يتحرك بسرعة . والكابتن صاروخ فضائييقوم بتشغيل المصباح في اتجاه حركة الصاروخ (الشكل 10). سرعة انتشار الضوء في الفراغ هي . ما هي سرعة الضوء بالنسبة لمراقب ثابت على الأرض؟ هل سيكون مساوياً لمجموع سرعات الضوء والصاروخ؟

أرز. 10. رسم توضيحي للمشكلة

الحقيقة هي أن الفيزياء هنا تواجه مفهومين متناقضين. من ناحية، وفقا للديناميكا الكهربائية لماكسويل، السرعة القصوىهي سرعة الضوء، وهي تساوي . ومن ناحية أخرى، وفقا للميكانيكا النيوتونية، فإن الوقت هو قيمة مطلقة. وتم حل المشكلة عندما اقترح أينشتاين النظرية النسبية الخاصة، أو بالأحرى مسلماتها. وكان أول من اقترح أن الوقت ليس مطلقا. وهذا هو، في مكان ما يتدفق بشكل أسرع، وفي مكان ما أبطأ. وبطبيعة الحال، في عالمنا ذو السرعات المنخفضة لا نلاحظ هذا التأثير. ولكي نشعر بهذا الفرق، علينا أن نتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء. وبناء على استنتاجات أينشتاين، قانون جمع السرعات في نظرية خاصةالنسبية. تبدو هكذا:

هذه هي السرعة بالنسبة لثاني أكسيد الكربون الثابت؛

هذه هي سرعة ثاني أكسيد الكربون المتحرك نسبيًا؛

هذه هي سرعة ثاني أكسيد الكربون المتحرك بالنسبة إلى ثاني أكسيد الكربون الثابت.

وإذا عوضنا بالقيم من مسألتنا، نجد أن سرعة الضوء بالنسبة لراصد ثابت على الأرض ستكون .

لقد تم حل الخلاف. ويمكنك أيضًا التأكد من أنه إذا كانت السرعات صغيرة جدًا مقارنة بسرعة الضوء، فإن صيغة النظرية النسبية تتحول إلى الصيغة الكلاسيكية لإضافة السرعات.

في معظم الحالات سوف نستخدم القانون الكلاسيكي.

لقد اكتشفنا اليوم أن الحركة تعتمد على النظام المرجعي، وأن السرعة والمسار والحركة والمسار هي مفاهيم نسبية. والزمن، في إطار الميكانيكا الكلاسيكية، هو مفهوم مطلق. لقد تعلمنا تطبيق المعرفة المكتسبة من خلال تحليل بعض الأمثلة النموذجية.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء ( مستوى أساسي من) - م: منيموسين، 2012.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: منيموسين، 2014.
3. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9، موسكو، التعليم، 1990.

1. بوابة الإنترنت Class-fizika.narod.ru ().
2. بوابة الإنترنت Nado5.ru ().
3. بوابة الإنترنت Fizika.ayp.ru ().

العمل في المنزل

1. تحديد النسبية للحركة.
2. ما هي الكميات الفيزيائية التي تعتمد على اختيار النظام المرجعي؟

تخيل قطارًا كهربائيًا. إنها تسافر بهدوء على طول القضبان، وتنقل الركاب إلى منازلهم الريفية. وفجأة، أثناء جلوسه في العربة الأخيرة، لاحظ المشاغب والطفيلي سيدوروف أن وحدات التحكم في محطة سادي تدخل العربة. وبطبيعة الحال، لم يشتري سيدوروف تذكرة، ويريد دفع الغرامة أقل.

نسبية حركة الراكب الحر في القطار

وهكذا، لتجنب القبض عليه، ينتقل بسرعة إلى عربة أخرى. يتحرك المراقبون، بعد فحص تذاكر جميع الركاب، في نفس الاتجاه. ينتقل سيدوروف مرة أخرى إلى العربة التالية وهكذا.

وهكذا، عندما يصل إلى العربة الأولى وليس هناك مكان للذهاب أبعد من ذلك، اتضح أن القطار قد وصل للتو إلى محطة Ogorody التي يحتاجها، ويخرج سيدوروف سعيدًا، مبتهجًا بأنه ركب مثل الأرنب ولم يتم القبض عليه .

ماذا يمكننا أن نتعلم من هذه القصة المليئة بالإثارة؟ يمكننا، بلا شك، أن نفرح لسيدوروف، ويمكننا، بالإضافة إلى ذلك، اكتشاف حقيقة أخرى مثيرة للاهتمام.

فبينما قطع القطار خمسة كيلومترات من محطة سادي إلى محطة أوجورودي في خمس دقائق، قطع أرنب سيدوروف نفس المسافة بالإضافة إلى المسافة في نفس الوقت. يساوي الطولالقطار الذي كان يسافر فيه، أي نحو خمسة آلاف ومائتي متر في نفس الخمس دقائق.

اتضح أن سيدوروف كان يتحرك بشكل أسرع من القطار. ومع ذلك، فإن وحدات التحكم التي تتبعه طورت نفس السرعة. وبالنظر إلى أن سرعة القطار كانت حوالي 60 كم/ساعة، فقد حان الوقت لمنحهم جميعًا العديد من الميداليات الأولمبية.

ومع ذلك، بالطبع، لن يشارك أحد في مثل هذا الغباء، لأن الجميع يفهم أن سرعة سيدوروف المذهلة تم تطويرها فقط بالنسبة للمحطات الثابتة والقضبان والحدائق، وكانت هذه السرعة بسبب حركة القطار، وليس في الجميع قدرات لا تصدقسيدوروفا.

فيما يتعلق بالقطار، لم يكن سيدوروف يتحرك بسرعة على الإطلاق ولم يصل حتى إلى الميدالية الأولمبية، بل حتى الشريط منه. هذا هو المكان الذي نواجه فيه مفهومًا مثل نسبية الحركة.

مفهوم نسبية الحركة: أمثلة

إن نسبية الحركة ليس لها تعريف، لأنها ليست كذلك الكمية المادية. وتتجلى نسبية الحركة الميكانيكية في أن بعض خصائص الحركة، مثل السرعة والمسار والمسار وما إلى ذلك، نسبية، أي أنها تعتمد على الراصد. في الأنظمة المرجعية المختلفة ستكون هذه الخصائص مختلفة.

بالإضافة إلى المثال الذي تم تقديمه مع المواطن سيدوروف في القطار، يمكنك تقريبًا التقاط أي حركة لأي جسم وإظهار مدى أهميتها. عندما تذهب إلى العمل، فإنك تتحرك للأمام بالنسبة إلى منزلك وفي نفس الوقت تتحرك للخلف بالنسبة للحافلة التي فاتتك.

أنت تقف ساكنًا بالنسبة للاعب الموجود في جيبك وتندفع بسرعة كبيرة بالنسبة لنجم يسمى الشمس. كل خطوة تخطوها ستكون مسافة هائلة بالنسبة لجزيء الأسفلت وغير ذات أهمية بالنسبة لكوكب الأرض. إن أي حركة، مثل كل خصائصها، تكون دائمًا منطقية فقط فيما يتعلق بشيء آخر.

أسئلة.

1. ماذا تعني العبارات التالية: السرعة نسبية، والمسار نسبي، والمسار نسبي؟

وهذا يعني أن هذه الكميات (السرعة والمسار والمسار) للحركة تختلف اعتمادًا على الإطار المرجعي الذي يتم إجراء المراقبة منه.

2. وضح بالأمثلة أن السرعة والمسار والمسافة المقطوعة هي كميات نسبية.

فمثلاً يقف الإنسان بلا حراك على سطح الأرض (لا توجد سرعة ولا مسار ولا مسار)، ولكن في هذا الوقت تدور الأرض حول محورها، وبالتالي يكون الشخص نسبة إلى المركز مثلاً الأرض، تتحرك في مسار معين (في دائرة)، وتتحرك ولها سرعة معينة.

3. قم بصياغة بإيجاز ما هي نسبية الحركة.

تختلف حركة الجسم (السرعة، المسار، المسار) باختلاف الأنظمة المرجعية.

4. ما هو الفرق الرئيسي بين نظام مركزية الشمس ونظام مركزية الأرض؟

في نظام مركزية الشمس الجسم المرجعي هو الشمس، وفي نظام مركزية الأرض هو الأرض.

5. اشرح تغير النهار والليل على الأرض في نظام مركزية الشمس (انظر الشكل 18).

في نظام مركزية الشمس، يتم تفسير دورة النهار والليل من خلال دوران الأرض.

تمارين.

1. يتحرك الماء في النهر بسرعة 2 م/ث بالنسبة إلى الشاطئ. طوف يطفو على طول النهر. ما سرعة الطوافة بالنسبة إلى الشاطئ؟ بخصوص الماء في النهر؟

سرعة الطوافة بالنسبة إلى الشاطئ هي 2 م/ث، بالنسبة إلى الماء في النهر - 0 م/ث.

2. في بعض الحالات، قد تكون سرعة الجسم هي نفسها في الأنظمة المرجعية المختلفة. على سبيل المثال، يتحرك قطار بنفس السرعة في الإطار المرجعي المرتبط بمبنى المحطة وفي الإطار المرجعي المرتبط بشجرة تنمو على الطريق. ألا يتعارض هذا مع القول بأن السرعة نسبية؟ اشرح اجابتك.

إذا ظلت كلا الجثث التي ترتبط بها الأنظمة المرجعية لهذه الهيئات بلا حراك بالنسبة لبعضها البعض، فهي مرتبطة بنظام مرجعي ثالث - الأرض، التي تتم القياسات عليها.

3. في أي حالة تكون سرعة الجسم المتحرك هي نفسها بالنسبة لنظامين مرجعيين؟

إذا كانت هذه الأنظمة المرجعية ثابتة بالنسبة لبعضها البعض.

4. بفضل الدوران اليومي للأرض، يتحرك الشخص الذي يجلس على كرسي في منزله في موسكو نسبيا محور الأرضوبسرعة حوالي 900 كم/ساعة. قارن هذه السرعة بالسرعة الابتدائية للرصاصة بالنسبة إلى البندقية، وهي 250 m/s.

5. يتحرك زورق طوربيد على طول خط العرض الستين لخط العرض الجنوبي بسرعة 90 كم/ساعة بالنسبة إلى الأرض. سرعة التناوب اليوميوتبلغ سرعة الأرض عند خط العرض هذا 223 م/ث. ما هي سرعة القارب بالنسبة لمحور الأرض في (SI) وإلى أين يتجه إذا كان يتحرك شرقا؟ الى الغرب؟

النسبية للحركة الميكانيكية

الحركة في الفيزياء هي حركة الجسم في الفضاء، والتي لها خصائصها الخاصة.

يمكن تمثيل الحركة الميكانيكية على أنها تغيير في موضع معين الجسم الماديفي الفضاء. يجب أن تحدث جميع التغييرات بالنسبة لبعضها البعض مع مرور الوقت.

أنواع الحركة الميكانيكية

الحركة الميكانيكية هي من ثلاثة أنواع رئيسية:

• حركة مستقيمة
• حركة موحدة
• حركة منحنية.

لحل المشكلات في الفيزياء، من المعتاد استخدام الافتراضات في شكل تمثيل كائن كنقطة مادية. يكون هذا منطقيًا في الحالات التي يمكن فيها تجاهل الشكل والحجم والجسم في معلماته الحقيقية ويمكن تحديد الكائن قيد الدراسة كنقطة محددة.

هناك عدة شروط أساسية عند استخدام طريقة إدخال النقطة المادية في حل المشكلة:

• في الحالات التي يكون فيها حجم الجسم صغيراً للغاية بالنسبة للمسافة التي يقطعها؛
• في الحالات التي يتحرك فيها الجسم بشكل متعدٍ.

تحدث الحركة الانتقالية في اللحظة التي تتحرك فيها جميع نقاط الجسم المادي بالتساوي. أيضًا، سيتحرك الجسم بطريقة انتقالية عندما يتم رسم خط مستقيم عبر نقطتين من هذا الكائن، ويجب أن يتحرك بالتوازي مع موقعه الأصلي.

عند البدء بدراسة نسبية الحركة الميكانيكية، يتم تقديم مفهوم النظام المرجعي. ويتكون من جسم مرجعي ونظام إحداثيات، بما في ذلك ساعة لحساب وقت الحركة. تشكل جميع العناصر إطارًا مرجعيًا واحدًا.

نظام مرجعي

ملاحظة 2

يعتبر الجسم المرجعي هو الجسم الذي يتم من خلاله تحديد موضع الأجسام الأخرى المتحركة.

إذا لم تقم بإضافة بيانات إضافية إلى حل مشكلة حساب الحركة الميكانيكية، فلن يكون ذلك ملحوظا، حيث يتم حساب جميع حركات الجسم بالنسبة للتفاعل مع الهيئات المادية الأخرى.

وقد أدخل العلماء مفاهيم إضافية لفهم الظاهرة، منها:

• حركة موحدة مستقيمة.
• سرعة حركة الجسم.

وبمساعدتهم، حاول الباحثون معرفة كيفية تحرك الجسم في الفضاء. على وجه الخصوص، كان من الممكن تحديد نوع حركة الجسم بالنسبة للمراقبين الذين لديهم سرعات مختلفة. اتضح أن نتيجة الملاحظة تعتمد على نسبة سرعات حركة الجسم والمراقبين بالنسبة لبعضهم البعض. استخدمت جميع الحسابات صيغ الميكانيكا الكلاسيكية.

هناك العديد من الأنظمة المرجعية الأساسية التي يتم استخدامها عند حل المشكلات:

• منقولة
• بلا حراك.
• بالقصور الذاتي.

عند النظر في الحركة بالنسبة إلى إطار مرجعي متحرك، يتم استخدام القانون الكلاسيكي لجمع السرعات. ستكون سرعة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي الثابت مساوية للمجموع المتجه لسرعة الجسم بالنسبة للإطار المرجعي المتحرك، وكذلك سرعة الإطار المرجعي المتحرك بالنسبة للإطار الثابت.

$\overline(v) = \overline(v_(0)) + \overline(v_(s))$، حيث:

• $\overline(v)$ - سرعة الجسم في إطار مرجعي ثابت،
• $\overline(v_(0))$ هي سرعة الجسم في الإطار المرجعي المتحرك،
• $\overline(v_(s))$ هي سرعة العامل الإضافي الذي يؤثر على تحديد السرعة.

إن نسبية الحركة الميكانيكية تكمن في نسبية السرعات التي تتحرك بها الأجسام. كما ستختلف سرعات الأجسام بالنسبة للأنظمة المرجعية المختلفة. على سبيل المثال، سرعة الشخص على متن القطار أو الطائرة سوف تختلف تبعا للنظام المرجعي الذي يتم من خلاله تحديد هذه السرعات.

وتختلف السرعات في الاتجاه والحجم. يلعب تحديد كائن معين للدراسة أثناء الحركة الميكانيكية دورًا حيويًا في حساب معلمات حركة نقطة مادية. يمكن تحديد السرعات في إطار مرجعي مرتبط بالمركبات المتحركة، أو يمكن أن تكون باعتماد نسبي على الأرض الثابتة أو دورانها في مدارها في الفضاء.

يمكن نمذجة هذا الوضع باستخدام مثال بسيط. المضي قدمًا سكة حديديةسيقوم القطار بحركات ميكانيكية نسبة إلى قطار آخر يتحرك على مسارات متوازية أو نسبة إلى الأرض. يعتمد حل المشكلة بشكل مباشر على النظام المرجعي المختار. سيكون للأنظمة المرجعية المختلفة مسارات حركة مختلفة. في الحركة الميكانيكية، يكون المسار نسبيًا أيضًا. يعتمد المسار الذي يسلكه الجسم على النظام المرجعي المختار. في الحركة الميكانيكية، المسار نسبي.

تطوير النسبية للحركة الميكانيكية

أيضًا، وفقًا لقانون القصور الذاتي، بدأوا في التشكل أنظمة القصور الذاتيالعد التنازلي.

استغرقت عملية إدراك نسبية الحركة الميكانيكية فترة تاريخية طويلة من الزمن. إذا كان نموذج نظام مركزية الأرض في العالم (الأرض هي مركز الكون) يعتبر في البداية مقبولاً لفترة طويلة، فقد بدأ النظر في حركة الأجسام في الأنظمة المرجعية المختلفة في زمن العالم الشهير نيكولاس كوبرنيكوس، الذي صاغ نموذج مركزية الشمس للعالم. وبحسبها الكواكب النظام الشمسيتدور حول الشمس، وتدور أيضًا حول محورها.

تغير هيكل النظام المرجعي، مما أدى لاحقًا إلى بناء نظام مركزي شمسي تقدمي. هذا النموذج اليوم يجعل من الممكن حل مختلف الأهداف والمشكلات العلمية، بما في ذلك في مجال علم الفلك التطبيقي، عندما يتم حساب مسارات النجوم والكواكب والمجرات على أساس طريقة النسبية.

في بداية القرن العشرين، تمت صياغة النظرية النسبية، والتي تعتمد أيضًا على المبادئ الأساسية للحركة الميكانيكية وتفاعل الأجسام.

جميع الصيغ المستخدمة لحساب الحركات الميكانيكيةالأجسام وتعريفات سرعتها، تكون منطقية عند السرعات الأقل من سرعة الضوء في الفراغ.

ايضا في المنهج المدرسيهناك شرط مفاده أن أي حركة لجسم واحد لا يمكن تسجيلها إلا بالنسبة لجسم آخر. يُطلق على هذا الموقف مصطلح "نسبية الحركة". ومن الصور الموجودة في الكتب المدرسية، كان واضحا أنه بالنسبة لشخص يقف على ضفة النهر، فإن القارب العائم يتكون من سرعته وسرعة تيار النهر. وبعد هذا النظر التفصيلي، يصبح من الواضح أن نسبية الحركة تحيط بنا في جميع جوانب حياتنا. إن سرعة الجسم هي كمية نسبية، لكن مشتقتها تصبح التسارع أيضا، وتكمن أهمية هذا الاستنتاج في أن التسارع هو الذي يدخل في صيغة قانون نيوتن الثاني (القانون الأساسي للميكانيكا). ووفقا لهذا القانون، فإن أي قوة تؤثر على جسم تعطيه تسارعا يتناسب معها. إن نسبية الحركة تجبرنا على طرح سؤال إضافي: بالنسبة إلى أي جسم يُعطى التسارع؟

لا يحتوي هذا القانون على أي تفسيرات حول هذه المسألة، ولكن من خلال استنتاجات منطقية بسيطة يمكن التوصل إلى نتيجة مفادها أنه بما أن القوة هي مقياس لتأثير جسم ما (1) على جسم آخر (2)، فإن هذه القوة نفسها تضفي تسارعًا. الجسم (2) نسبة إلى الجسم (1)، وليس فقط بعض التسارع المجرد.

نسبية الحركة هي اعتماد جسم معين ومسار معين وسرعة وحركة معينة على الأنظمة المرجعية المختارة. من حيث الحركية، فإن أي أنظمة مرجعية مستخدمة متساوية، ولكن في نفس الوقت تختلف فيها جميع الخصائص الحركية لهذه الحركة (المسار والسرعة والإزاحة). تسمى جميع الكميات التي تعتمد على النظام المرجعي المختار الذي سيتم قياسها به نسبية.

إن نسبية الحركة، التي يصعب تحديدها دون دراسة تفصيلية للمفاهيم الأخرى، تتطلب حسابات رياضية دقيقة. يمكننا أن نتحدث عما إذا كان الجسم يتحرك أم لا عندما يكون من الواضح تمامًا بالنسبة إلى ما (الجسم المرجعي) أن موضعه يتغير. النظام المرجعي عبارة عن مجموعة من العناصر مثل الجسم المرجعي وكذلك الأنظمة الإحداثية وأنظمة الإسناد الزمني المرتبطة به. وفيما يتعلق بهذه العناصر، تؤخذ في الاعتبار حركة أي أجسام أو رياضيا، يتم وصف حركة جسم (نقطة) بالنسبة إلى النظام المرجعي المختار بواسطة معادلات تحدد كيفية الإحداثيات التي تحدد موضع الجسم في هذا النظام التغيير في الوقت المناسب. تسمى هذه المعادلات التي تحدد نسبية الحركة بمعادلات الحركة.

في الميكانيكا الحديثة، أي حركة لجسم ما هي حركة نسبية، لذا ينبغي النظر إليها فقط فيما يتعلق بجسم آخر (جسم مرجعي) أو بنظام كامل من الأجسام. على سبيل المثال، لا يمكنك ببساطة الإشارة إلى أن القمر يتحرك على الإطلاق. البيان الصحيحسيكون أن القمر يتحرك بالنسبة للشمس والأرض والنجوم.

في كثير من الأحيان، في الميكانيكا، لا يرتبط النظام المرجعي بالجسم، بل بسلسلة متصلة كاملة من الأجسام الأساسية (الحقيقية أو الوهمية) التي تحدد نظام الإحداثيات.

غالبًا ما تعرض الأفلام الحركة المتعلقة بأجسام مختلفة. لذلك، على سبيل المثال، في بعض الإطارات يظهرون قطارًا يتحرك على خلفية بعض المناظر الطبيعية (هذه حركة بالنسبة إلى سطح الأرض)، وفي الجزء التالي - مقصورة عربة بها أشجار تومض عبر النوافذ (حركة نسبة إلى عربة واحدة). أي حركة أو راحة للجسم، وهي حالة خاصة من الحركة، هي أمر نسبي. لذلك، عند الإجابة على سؤال بسيط، ما إذا كان الجسم متحركًا أم ساكنًا، وكيف يتحرك، من الضروري توضيح الأجسام التي يتم النظر في حركتها بالنسبة لها. يتم اختيار الأنظمة المرجعية، كقاعدة عامة، اعتمادًا على الظروف المحددة للمشكلة.