Ist es möglich, im Stillstand zu sein und sich trotzdem schneller zu bewegen als ein Formel-1-Auto? Es stellt sich heraus, dass es möglich ist. Jede Bewegung hängt von der Wahl des Bezugssystems ab, das heißt, jede Bewegung ist relativ. Das Thema der heutigen Lektion: „Relativität der Bewegung. Das Gesetz der Addition von Verschiebungen und Geschwindigkeiten. Wir lernen, wie man im gegebenen Fall ein Bezugssystem wählt und wie man die Verschiebung und Geschwindigkeit eines Körpers ermittelt.

Unter mechanischer Bewegung versteht man die zeitliche Änderung der Position eines Körpers im Raum relativ zu anderen Körpern. Der Schlüsselbegriff in dieser Definition ist „relativ zu anderen Körpern“. Jeder von uns ist relativ zu jeder Oberfläche bewegungslos, aber relativ zur Sonne bewegen wir uns zusammen mit der gesamten Erde mit einer Geschwindigkeit von 30 km/s, das heißt, die Bewegung hängt vom Bezugssystem ab.

Ein Referenzsystem ist eine Reihe von Koordinatensystemen und Uhren, die mit dem Körper verknüpft sind, relativ zu dem die Bewegung untersucht wird. Bei der Beschreibung der Bewegungen von Passagieren in einem Auto kann das Referenzsystem beispielsweise einem Straßencafé, dem Innenraum eines Autos oder einem entgegenkommenden Auto zugeordnet werden, wenn wir die Überholzeit schätzen (Abb. 1). .

Reis. 1. Auswahl des Referenzsystems

Welche physikalischen Größen und Konzepte hängen von der Wahl des Bezugssystems ab?

1. Körperposition oder Koordinaten

Betrachten wir einen beliebigen Punkt. In verschiedenen Systemen hat es unterschiedliche Koordinaten (Abb. 2).

Reis. 2. Koordinaten eines Punktes in verschiedenen Koordinatensystemen

2. Flugbahn

Betrachten Sie die Flugbahn eines Punktes auf einem Flugzeugpropeller in zwei Referenzsystemen: dem Referenzsystem des Piloten und dem Referenzsystem des Beobachters auf der Erde. Für den Piloten angegebenen Punkt führt eine Kreisdrehung durch (Abb. 3).

Reis. 3. Kreisdrehung

Während für einen Beobachter auf der Erde die Flugbahn dieses Punktes eine Schraubenlinie sein wird (Abb. 4). Offensichtlich hängt die Flugbahn von der Wahl des Bezugssystems ab.

Reis. 4. Spiralförmiger Pfad

Relativität der Flugbahn. Trajektorien der Körperbewegung in verschiedenen Bezugssystemen

Betrachten wir am Beispiel eines Problems, wie sich die Bewegungsbahn je nach Wahl des Bezugssystems ändert.

Aufgabe

Wie verläuft die Flugbahn des Punktes am Ende des Propellers an verschiedenen Referenzpunkten?

1. Im CO, der dem Piloten des Flugzeugs zugeordnet ist.

2. Im CO, das mit dem Beobachter auf der Erde verbunden ist.

Lösung:

1. Weder der Pilot noch der Propeller bewegen sich relativ zum Flugzeug. Für den Piloten erscheint die Flugbahn des Punktes wie ein Kreis (Abb. 5).

Reis. 5. Flugbahn des Punktes relativ zum Piloten

2. Für einen Beobachter auf der Erde bewegt sich ein Punkt auf zwei Arten: rotierend und vorwärts bewegend. Die Flugbahn wird spiralförmig sein (Abb. 6).

Reis. 6. Flugbahn eines Punktes relativ zu einem Beobachter auf der Erde

Antwort : 1) Kreis; 2) Helix.

Am Beispiel dieses Problems waren wir davon überzeugt, dass die Flugbahn ein relatives Konzept ist.

Als unabhängigen Test empfehlen wir Ihnen, das folgende Problem zu lösen:

Wie wird die Flugbahn eines Punktes am Ende des Rades relativ zur Radmitte sein, wenn dieses Rad funktioniert? Vorwärtsbewegung vorwärts und relativ zu Punkten auf dem Boden (stationärer Beobachter)?

3. Bewegung und Weg

Stellen wir uns eine Situation vor, in der ein Floß schwimmt und irgendwann ein Schwimmer davon springt und versucht, zum gegenüberliegenden Ufer zu gelangen. Die Bewegung des Schwimmers relativ zum am Ufer sitzenden Fischer und relativ zum Floß wird unterschiedlich sein (Abb. 7).

Eine Bewegung relativ zum Boden wird als absolut und relativ zu einem sich bewegenden Körper als relativ bezeichnet. Die Bewegung eines beweglichen Körpers (Floß) relativ zu einem stationären Körper (Fischer) wird als tragbar bezeichnet.

Reis. 7. Schwimmerbewegung

Aus dem Beispiel folgt, dass Weg und Weg relative Größen sind.

4. Geschwindigkeit

Anhand des vorherigen Beispiels können Sie leicht zeigen, dass Geschwindigkeit auch eine relative Größe ist. Geschwindigkeit ist schließlich das Verhältnis von Bewegung zu Zeit. Unsere Zeit ist die gleiche, aber unsere Reisen sind anders. Daher wird die Geschwindigkeit unterschiedlich sein.

Die Abhängigkeit der Bewegungseigenschaften von der Wahl des Bezugssystems nennt man Relativität der Bewegung.

In der Geschichte der Menschheit gab es dramatische Fälle, die gerade mit der Wahl eines Referenzsystems verbunden waren. Hinrichtung von Giordano Bruno, Abdankung Galileo Galilei– all dies sind Folgen des Kampfes zwischen den Anhängern des geozentrischen Bezugssystems und des heliozentrischen Bezugssystems. Für die Menschheit war es sehr schwierig, sich an die Vorstellung zu gewöhnen, dass die Erde überhaupt nicht das Zentrum des Universums, sondern ein ganz gewöhnlicher Planet ist. Und Bewegung kann nicht nur relativ zur Erde betrachtet werden, diese Bewegung wird absolut und relativ zur Sonne, zu Sternen oder anderen Körpern sein. Beschreiben Sie die Bewegung Himmelskörper in dem mit der Sonne verbundenen Bezugssystem viel bequemer und einfacher ist, wurde dies zuerst von Kepler und dann von Newton überzeugend gezeigt, der aus einer Betrachtung der Bewegung des Mondes um die Erde sein berühmtes Gesetz des Universums ableitete Gravitation.

Wenn wir sagen, dass Flugbahn, Weg, Verschiebung und Geschwindigkeit relativ sind, also von der Wahl des Bezugssystems abhängen, dann sagen wir das nicht über die Zeit. Im Rahmen der klassischen bzw. Newtonschen Mechanik ist die Zeit ein absoluter Wert, das heißt, sie fließt in allen Bezugssystemen gleichermaßen.

Überlegen wir, wie wir Verschiebung und Geschwindigkeit in einem Referenzsystem ermitteln können, wenn sie uns in einem anderen Referenzsystem bekannt sind.

Betrachten wir die vorherige Situation, wenn ein Floß schwimmt und irgendwann ein Schwimmer davon springt und versucht, zum gegenüberliegenden Ufer zu gelangen.

Wie hängt die Bewegung eines Schwimmers relativ zu einem stationären SO (verbunden mit dem Fischer) mit der Bewegung eines relativ beweglichen SO (verbunden mit dem Floß) zusammen (Abb. 8)?

Reis. 8. Illustration des Problems

Wir nannten Bewegung in einem stationären Bezugssystem. Aus dem Vektordreieck folgt das . Kommen wir nun dazu, die Beziehung zwischen den Geschwindigkeiten zu ermitteln. Erinnern wir uns daran, dass es im Rahmen der Newtonschen Mechanik um Zeit geht Absolutwert(Die Zeit verläuft in allen Bezugssystemen gleich). Das bedeutet, dass jeder Term aus der vorherigen Gleichung durch die Zeit geteilt werden kann. Wir bekommen:

Dies ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein Schwimmer für einen Fischer bewegt;

Dies ist die eigene Geschwindigkeit des Schwimmers;

Dies ist die Geschwindigkeit des Floßes (die Geschwindigkeit des Flusses).

Problem zum Additionsgesetz der Geschwindigkeiten

Betrachten wir das Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten anhand eines Beispielproblems.

Aufgabe

Zwei Autos bewegen sich aufeinander zu: das erste Auto mit hoher Geschwindigkeit, das zweite mit hoher Geschwindigkeit. Mit welcher Geschwindigkeit nähern sich die Autos einander an (Abb. 9)?

Reis. 9. Illustration des Problems

Lösung

Wenden wir das Gesetz der Geschwindigkeitsaddition an. Gehen wir dazu vom üblichen CO der Erde zum CO des ersten Autos über. Dadurch bleibt das erste Auto stehen und das zweite bewegt sich mit Geschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit) darauf zu. Mit welcher Geschwindigkeit dreht sich die Erde um das erste Auto, wenn das erste Auto stillsteht? Es dreht sich mit einer Geschwindigkeit und die Geschwindigkeit ist in Richtung der Geschwindigkeit des zweiten Wagens gerichtet (Übergangsgeschwindigkeit). Zwei Vektoren, die entlang derselben Geraden gerichtet sind, werden summiert. .

Antwort: .

Grenzen der Anwendbarkeit des Geschwindigkeitsadditionsgesetzes. Das Additionsgesetz der Geschwindigkeiten in der Relativitätstheorie

Das glaubte man lange Zeit klassisches Recht Die Addition von Geschwindigkeiten ist immer gültig und auf alle Bezugssysteme anwendbar. Vor etwa Jahren stellte sich jedoch heraus, dass dieses Gesetz in manchen Situationen nicht funktioniert. Betrachten wir diesen Fall anhand eines Beispielproblems.

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einer Weltraumrakete, die sich mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h bewegt. Und der Kapitän Weltraumrakete schaltet die Taschenlampe in Bewegungsrichtung der Rakete ein (Abb. 10). Die Geschwindigkeit der Lichtausbreitung im Vakuum beträgt . Wie hoch wird die Lichtgeschwindigkeit für einen stationären Beobachter auf der Erde sein? Wird sie der Summe der Lichtgeschwindigkeiten und der Geschwindigkeit der Rakete entsprechen?

Reis. 10. Illustration des Problems

Tatsache ist, dass die Physik hier mit zwei widersprüchlichen Konzepten konfrontiert ist. Einerseits gilt nach Maxwells Elektrodynamik: maximale Geschwindigkeit ist die Lichtgeschwindigkeit und sie ist gleich . Andererseits ist Zeit nach der Newtonschen Mechanik ein absoluter Wert. Das Problem wurde gelöst, als Einstein die spezielle Relativitätstheorie bzw. deren Postulate vorschlug. Er war der erste, der darauf hinwies, dass die Zeit nicht absolut ist. Das heißt, irgendwo fließt es schneller und irgendwo langsamer. In unserer Welt der niedrigen Geschwindigkeiten bemerken wir diesen Effekt natürlich nicht. Um diesen Unterschied zu spüren, müssen wir uns mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Basierend auf Einsteins Schlussfolgerungen wurde das Gesetz der Geschwindigkeitsaddition in spezielle Theorie Relativität. Es sieht aus wie das:

Dies ist die Geschwindigkeit relativ zu einem stationären CO;

Dies ist die Geschwindigkeit von relativ mobilem CO;

Dies ist die Geschwindigkeit des sich bewegenden CO relativ zum stationären CO.

Wenn wir die Werte aus unserem Problem ersetzen, finden wir, dass die Lichtgeschwindigkeit für einen stationären Beobachter auf der Erde beträgt.

Die Kontroverse wurde gelöst. Sie können auch sicherstellen, dass, wenn die Geschwindigkeiten im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit sehr klein sind, die Formel der Relativitätstheorie zur klassischen Formel für die Addition von Geschwindigkeiten wird.

In den meisten Fällen verwenden wir das klassische Gesetz.

Heute haben wir herausgefunden, dass Bewegung vom Bezugssystem abhängt, dass Geschwindigkeit, Weg, Bewegung und Flugbahn relative Konzepte sind. Und Zeit ist im Rahmen der klassischen Mechanik ein absoluter Begriff. Durch die Analyse einiger typischer Beispiele lernten wir, das erworbene Wissen anzuwenden.

Referenzliste

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Hausaufgaben

1. Definieren Sie die Relativität der Bewegung.
2. Welche physikalischen Größen hängen von der Wahl des Bezugssystems ab?

Stellen Sie sich einen elektrischen Zug vor. Sie fährt leise entlang der Schienen und transportiert Passagiere zu ihren Datschen. Und plötzlich, im letzten Waggon sitzend, bemerkt der Hooligan und Parasit Sidorov, dass am Sady-Bahnhof Kontrolleure den Waggon betreten. Natürlich hat Sidorov kein Ticket gekauft und er möchte die Strafe noch weniger zahlen.

Relativität der Trittbrettfahrerbewegung in einem Zug

Und um nicht erwischt zu werden, setzt er sich schnell in einen anderen Waggon. Nachdem die Kontrolleure die Fahrkarten aller Passagiere überprüft haben, bewegen sie sich in die gleiche Richtung. Sidorov geht wieder zum nächsten Wagen und so weiter.

Und als er den ersten Waggon erreicht und nirgendwo weitergehen kann, stellt sich heraus, dass der Zug gerade den Bahnhof Ogorody erreicht hat, den er braucht, und glücklich steigt Sidorov aus und freut sich, dass er wie ein Hase geritten ist und nicht erwischt wurde .

Was können wir aus dieser actiongeladenen Geschichte lernen? Wir können uns ohne Zweifel für Sidorov freuen und darüber hinaus noch eine weitere interessante Tatsache entdecken.

Während der Zug in fünf Minuten fünf Kilometer vom Bahnhof Sady zum Bahnhof Ogorody zurücklegte, legte der Sidorov-Hase die gleiche Strecke plus die Strecke in der gleichen Zeit zurück. gleich der Länge der Zug, in dem er unterwegs war, also etwa fünftausendzweihundert Meter in denselben fünf Minuten.

Es stellte sich heraus, dass Sidorov schneller unterwegs war als der Zug. Die ihm auf den Fersen folgenden Controller entwickelten jedoch die gleiche Geschwindigkeit. Angesichts der Tatsache, dass die Zuggeschwindigkeit etwa 60 km/h betrug, war es an der Zeit, ihnen allen mehrere olympische Medaillen zu bescheren.

Allerdings wird sich natürlich niemand auf eine solche Dummheit einlassen, denn jeder versteht, dass Sidorovs unglaubliche Geschwindigkeit nur im Verhältnis zu stationären Bahnhöfen, Schienen und Gemüsegärten entwickelt wurde und diese Geschwindigkeit auf die Bewegung des Zuges zurückzuführen war und nicht auf alle unglaubliche Fähigkeiten Sidorova.

Gegenüber dem Zug kam Sidorov überhaupt nicht schnell voran und erreichte nicht einmal die olympische Medaille, sondern sogar die Schleife davon. Hier stoßen wir auf ein Konzept wie die Relativität der Bewegung.

Das Konzept der Relativität der Bewegung: Beispiele

Die Relativität der Bewegung hat keine Definition, da sie keine Definition hat physikalische Größe. Die Relativität der mechanischen Bewegung zeigt sich darin, dass einige Bewegungsmerkmale wie Geschwindigkeit, Weg, Flugbahn usw. relativ sind, also vom Beobachter abhängen. In verschiedenen Referenzsystemen werden diese Eigenschaften unterschiedlich sein.

Zusätzlich zu dem Beispiel mit dem Bürger Sidorov im Zug kann man fast jede Bewegung eines beliebigen Körpers erfassen und zeigen, wie relativ sie ist. Wenn Sie zur Arbeit gehen, bewegen Sie sich relativ zu Ihrem Haus vorwärts und gleichzeitig relativ zu dem Bus, den Sie verpasst haben, rückwärts.

Sie stehen relativ zum Spieler in Ihrer Tasche still und rasen mit großer Geschwindigkeit relativ zu einem Stern namens Sonne. Jeder Schritt, den Sie machen, wird für ein Asphaltmolekül eine gigantische Distanz und für den Planeten Erde unbedeutend sein. Jede Bewegung, wie alle ihre Eigenschaften, macht immer nur in Bezug auf etwas anderes Sinn.

Fragen.

1. Was bedeuten die folgenden Aussagen: Geschwindigkeit ist relativ, Flugbahn ist relativ, Pfad ist relativ?

Dies bedeutet, dass diese Größen (Geschwindigkeit, Flugbahn und Weg) für die Bewegung unterschiedlich sind, je nachdem, von welchem ​​Bezugssystem aus die Beobachtung erfolgt.

2. Zeigen Sie anhand von Beispielen, dass Geschwindigkeit, Flugbahn und zurückgelegte Strecke relative Größen sind.

Zum Beispiel steht ein Mensch regungslos auf der Erdoberfläche (es gibt keine Geschwindigkeit, keine Flugbahn, keinen Weg), aber zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Erde um ihre Achse und damit der Mensch, beispielsweise relativ zum Zentrum der Erde, bewegt sich entlang einer bestimmten Flugbahn (im Kreis), bewegt sich und hat eine bestimmte Geschwindigkeit.

3. Formulieren Sie kurz, was die Relativität der Bewegung ist.

Die Bewegung eines Körpers (Geschwindigkeit, Weg, Flugbahn) ist in verschiedenen Bezugssystemen unterschiedlich.

4. Was ist der Hauptunterschied zwischen dem heliozentrischen und dem geozentrischen System?

Im heliozentrischen System ist der Bezugskörper die Sonne, im geozentrischen System die Erde.

5. Erklären Sie den Wechsel von Tag und Nacht auf der Erde im heliozentrischen System (siehe Abb. 18).

Im heliozentrischen System wird der Tag-Nacht-Zyklus durch die Erdrotation erklärt.

Übungen.

1. Wasser in einem Fluss bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s relativ zum Ufer. Ein Floß schwimmt auf dem Fluss. Wie groß ist die Geschwindigkeit des Floßes relativ zum Ufer? bezüglich des Wassers im Fluss?

Die Geschwindigkeit des Floßes relativ zum Ufer beträgt 2 m/s, relativ zum Wasser im Fluss - 0 m/s.

2. In manchen Fällen kann die Geschwindigkeit eines Körpers in verschiedenen Bezugssystemen gleich sein. Beispielsweise bewegt sich ein Zug mit der gleichen Geschwindigkeit im Bezugssystem des Bahnhofsgebäudes und im Bezugssystem eines an der Straße wachsenden Baumes. Widerspricht das nicht der Aussage, dass Geschwindigkeit relativ ist? Erkläre deine Antwort.

Bleiben beide Körper, denen die Referenzsysteme dieser Körper zugeordnet sind, relativ zueinander bewegungslos, dann sind sie einem dritten Referenzsystem zugeordnet – der Erde, relativ zu der die Messungen stattfinden.

3. Unter welcher Bedingung ist die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers relativ zu zwei Bezugssystemen gleich?

Wenn diese Bezugssysteme relativ zueinander stationär sind.

4. Dank der täglichen Rotation der Erde bewegt sich ein Mensch, der in seinem Haus in Moskau auf einem Stuhl sitzt, relativ Erdachse mit einer Geschwindigkeit von ca. 900 km/h. Vergleichen Sie diese Geschwindigkeit mit der Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses relativ zur Waffe, die 250 m/s beträgt.

5. Ein Torpedoboot bewegt sich entlang des sechzigsten Breitengrads südlicher Breite mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h relativ zum Land. Geschwindigkeit täglicher Wechsel Die Geschwindigkeit der Erde beträgt auf diesem Breitengrad 223 m/s. Wie groß ist die Geschwindigkeit des Bootes relativ zur Erdachse in (SI) und wohin ist es gerichtet, wenn es nach Osten fährt? in den Westen?

Relativität der mechanischen Bewegung

Bewegung ist in der Physik die Bewegung eines Körpers im Raum, die ihre eigenen spezifischen Eigenschaften hat.

Mechanische Bewegung kann als Positionsänderung eines bestimmten Objekts dargestellt werden materieller Körper im Weltraum. Alle Änderungen müssen im Laufe der Zeit relativ zueinander erfolgen.

Arten mechanischer Bewegungen

Es gibt drei Haupttypen mechanischer Bewegungen:

• gerade Bewegung;
• gleichmäßige Bewegung;
• krummlinige Bewegung.

Zur Lösung physikalischer Probleme ist es üblich, Annahmen in Form der Darstellung eines Objekts als materiellen Punkt zu verwenden. Dies ist in Fällen sinnvoll, in denen Form, Größe und Körper in ihren wahren Parametern ignoriert werden können und das untersuchte Objekt als spezifischer Punkt ausgewählt werden kann.

Es gibt mehrere Grundbedingungen, wenn die Methode der Einführung eines materiellen Punktes zur Lösung eines Problems verwendet wird:

• in Fällen, in denen die Größe des Körpers im Verhältnis zur zurückgelegten Strecke extrem klein ist;
• in Fällen, in denen sich der Körper translatorisch bewegt.

Eine translatorische Bewegung findet in dem Moment statt, in dem sich alle Punkte eines materiellen Körpers gleich stark bewegen. Außerdem bewegt sich der Körper translatorisch, wenn eine gerade Linie durch zwei Punkte dieses Objekts gezogen wird, und er sollte sich parallel zu seiner ursprünglichen Position bewegen.

Zu Beginn der Untersuchung der Relativität mechanischer Bewegung wird das Konzept eines Referenzsystems eingeführt. Es wird zusammen mit einem Referenzkörper und einem Koordinatensystem gebildet, einschließlich einer Uhr zum Zählen der Bewegungszeit. Alle Elemente bilden einen einzigen Bezugsrahmen.

Referenzsystem

Anmerkung 2

Als Referenzkörper gilt ein Körper, relativ zu dem die Position anderer bewegter Körper bestimmt wird.

Wenn Sie der Lösung des Problems der Berechnung mechanischer Bewegungen keine zusätzlichen Daten hinzufügen, fällt dies nicht auf, da alle Bewegungen des Körpers relativ zur Interaktion mit anderen physischen Körpern berechnet werden.

Wissenschaftler haben zusätzliche Konzepte eingeführt, um das Phänomen zu verstehen, darunter:

• geradlinige gleichmäßige Bewegung;
• Geschwindigkeit der Körperbewegung.

Mit ihrer Hilfe versuchten Forscher herauszufinden, wie sich der Körper im Raum bewegte. Insbesondere war es möglich, die Art der Körperbewegung relativ zu Beobachtern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bestimmen. Es stellte sich heraus, dass das Ergebnis der Beobachtung vom Verhältnis der Bewegungsgeschwindigkeiten von Körper und Beobachter zueinander abhängt. Alle Berechnungen verwendeten die Formeln der klassischen Mechanik.

Es gibt mehrere grundlegende Referenzsysteme, die bei der Lösung von Problemen verwendet werden:

• beweglich;
• bewegungslos;
• Trägheit.

Bei der Betrachtung einer Bewegung relativ zu einem sich bewegenden Bezugssystem wird das klassische Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten verwendet. Die Geschwindigkeit des Körpers relativ zum festen Bezugssystem ist gleich der Vektorsumme der Geschwindigkeit des Körpers relativ zum sich bewegenden Bezugssystem sowie der Geschwindigkeit des sich bewegenden Bezugssystems relativ zum stationären.

$\overline(v) = \overline(v_(0)) + \overline(v_(s))$, wobei:

• $\overline(v)$ - Körpergeschwindigkeit in einem festen Bezugssystem,
• $\overline(v_(0))$ ist die Geschwindigkeit des Körpers gemäß dem sich bewegenden Referenzrahmen,
• $\overline(v_(s))$ ist die Geschwindigkeit des zusätzlichen Faktors, der die Geschwindigkeitsbestimmung beeinflusst.

Die Relativität der mechanischen Bewegung liegt in der Relativität der Geschwindigkeiten, mit denen sich Körper bewegen. Auch die Geschwindigkeiten von Körpern relativ zu verschiedenen Bezugssystemen unterscheiden sich. Beispielsweise unterscheidet sich die Geschwindigkeit einer Person in einem Zug oder Flugzeug je nachdem, in welchem ​​Bezugssystem diese Geschwindigkeiten ermittelt werden.

Geschwindigkeiten variieren in Richtung und Größe. Die Bestimmung eines bestimmten Untersuchungsgegenstandes während der mechanischen Bewegung spielt eine entscheidende Rolle bei der Berechnung der Parameter der Bewegung eines materiellen Punktes. Geschwindigkeiten können in einem Bezugssystem bestimmt werden, das mit sich bewegenden Fahrzeugen verbunden ist, oder sie können in relativer Abhängigkeit von der stationären Erde oder ihrer Rotation auf der Umlaufbahn im Weltraum stehen.

Diese Situation kann mit modelliert werden einfaches Beispiel. Weiter geht's Eisenbahn Der Zug führt mechanische Bewegungen relativ zu einem anderen Zug aus, der sich auf parallelen Gleisen oder relativ zur Erde bewegt. Die Lösung des Problems hängt direkt vom gewählten Referenzsystem ab. Unterschiedliche Referenzsysteme haben unterschiedliche Bewegungstrajektorien. Bei mechanischer Bewegung ist die Flugbahn ebenfalls relativ. Der vom Körper zurückgelegte Weg hängt vom gewählten Bezugssystem ab. Bei mechanischer Bewegung ist der Weg relativ.

Entwicklung der Relativität der mechanischen Bewegung

Außerdem begannen sie sich nach dem Trägheitsgesetz zu bilden Inertialsysteme Countdown.

Der Prozess der Erkenntnis der Relativität der mechanischen Bewegung nahm eine beträchtliche historische Zeit in Anspruch. Galt das Modell des geozentrischen Weltsystems (die Erde ist der Mittelpunkt des Universums) zunächst lange Zeit als akzeptabel, so begann man zur Zeit des berühmten Wissenschaftlers, die Bewegung von Körpern in verschiedenen Bezugssystemen zu berücksichtigen Nikolaus Kopernikus, der das heliozentrische Weltmodell prägte. Ihrer Meinung nach die Planeten Sonnensystem rotieren um die Sonne und auch um ihre eigene Achse.

Die Struktur des Bezugssystems änderte sich, was später zum Aufbau eines progressiven heliozentrischen Systems führte. Dieses Modell ermöglicht heute die Lösung verschiedener wissenschaftlicher Ziele und Probleme, auch im Bereich der angewandten Astronomie, wenn die Flugbahnen von Sternen, Planeten und Galaxien auf der Grundlage der Relativitätsmethode berechnet werden.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Relativitätstheorie formuliert, die ebenfalls auf den Grundprinzipien der mechanischen Bewegung und Wechselwirkung von Körpern basiert.

Alle Formeln, die zur Berechnung verwendet werden mechanische Bewegungen Körper und Definitionen ihrer Geschwindigkeit machen bei Geschwindigkeiten unter der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Sinn.

Auch in Lehrplan Es ist vorgesehen, dass jede Bewegung eines Körpers nur relativ zu einem anderen Körper aufgezeichnet werden kann. Diese Position wird als „Relativität der Bewegung“ bezeichnet. Aus den Bildern in den Lehrbüchern wurde deutlich, dass für jemanden, der am Flussufer steht, ein vorbeitreibendes Boot aus seiner Geschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Flussströmung besteht. Nach solch einer detaillierten Betrachtung wird klar, dass die Relativität der Bewegung uns in allen Aspekten unseres Lebens umgibt. Die Geschwindigkeit eines Objekts ist eine relative Größe, aber auch ihre Ableitung, die Beschleunigung, ist eine relative Größe. Die Bedeutung dieser Schlussfolgerung liegt in der Tatsache, dass die Beschleunigung in der Formel des zweiten Newtonschen Gesetzes (dem Grundgesetz der Mechanik) enthalten ist. Nach diesem Gesetz verleiht jede auf einen Körper einwirkende Kraft ihm eine zu ihm proportionale Beschleunigung. Die Relativität der Bewegung zwingt uns, eine zusätzliche Frage zu stellen: Relativ zu welchem ​​Körper ist die Beschleunigung gegeben?

Dieses Gesetz enthält keine Erklärungen zu diesem Thema, aber durch einfache logische Schlussfolgerungen kann man zu dem Schluss kommen, dass, da Kraft ein Maß für den Einfluss eines Körpers (1) auf einen anderen (2) ist, dieselbe Kraft diesem eine Beschleunigung verleiht den Körper (2) relativ zum Körper (1) und nicht nur eine abstrakte Beschleunigung.

Die Relativität der Bewegung ist die Abhängigkeit eines bestimmten Körpers, einer bestimmten Bahn, Geschwindigkeit und Bewegung von den gewählten Bezugssystemen. Kinematisch sind alle verwendeten Bezugssysteme gleich, gleichzeitig sind jedoch alle kinematischen Eigenschaften dieser Bewegung (Flugbahn, Geschwindigkeit, Weg) unterschiedlich. Alle Größen, die von dem gewählten Bezugssystem abhängen, mit dem sie gemessen werden, werden als relativ bezeichnet.

Die Relativität der Bewegung, die ohne eine detaillierte Betrachtung anderer Konzepte nur schwer zu definieren ist, erfordert genaue mathematische Berechnungen. Wir können darüber sprechen, ob sich ein Körper bewegt oder nicht, wenn absolut klar ist, was (der Referenzkörper) seine Position ändert. Das Bezugssystem ist eine Menge von Elementen wie dem Bezugskörper sowie den damit verbundenen Koordinatensystemen und Zeitbezugssystemen. In Bezug auf diese Elemente wird die Bewegung beliebiger Körper betrachtet oder mathematisch wird die Bewegung eines Objekts (Punktes) in Bezug auf das gewählte Bezugssystem durch Gleichungen beschrieben, die festlegen, wie die Koordinaten die Position des Objekts in diesem System bestimmen Veränderung in der Zeit. Solche Gleichungen, die die Relativität der Bewegung bestimmen, werden Bewegungsgleichungen genannt.

In der modernen Mechanik ist jede Bewegung eines Objekts relativ und sollte daher nur in Bezug auf ein anderes Objekt (einen Referenzkörper) oder ein ganzes Körpersystem betrachtet werden. Man kann zum Beispiel nicht einfach darauf hinweisen, dass sich der Mond überhaupt bewegt. Richtige Aussage wird sein, dass sich der Mond im Verhältnis zur Sonne, zur Erde und zu den Sternen bewegt.

In der Mechanik ist das Bezugssystem oft nicht mit dem Körper verknüpft, sondern mit einem ganzen Kontinuum von Grundkörpern (real oder fiktiv), die das Koordinatensystem definieren.

Filme zeigen oft Bewegungen relativ zu verschiedenen Körpern. So zeigen sie beispielsweise in einigen Bildern einen Zug, der sich vor dem Hintergrund einer Landschaft bewegt (das ist eine Bewegung relativ zur Erdoberfläche), und im nächsten - ein Abteil eines Waggons, durch dessen Fenster Bäume blitzen (Bewegung). relativ zu einem Wagen). Jede Bewegung oder Ruhe eines Körpers, die einen Sonderfall der Bewegung darstellt, ist relativ. Daher muss bei der Beantwortung einer einfachen Frage, ob sich ein Körper bewegt oder ruht und wie er sich bewegt, geklärt werden, in Bezug auf welche Objekte seine Bewegung betrachtet wird. Die Auswahl der Referenzsysteme erfolgt in der Regel in Abhängigkeit von den genannten Problembedingungen.