Относительность движения

Введение

Движение является одной из фундаментальных категорий физики. Однако уже в начале изучения кинематики становится ясно, что движение нельзя рассматривать абсолютно — оно всегда относительно чего-либо. Например, пассажир поезда кажется неподвижным для сидящего рядом, но для человека на платформе он движется.

Понимание относительности движения помогает правильно определять путь, скорость и направление движения тела в различных системах отсчета. В этой статье рассматриваются историческое развитие взглядов на относительность, относительность пути и скорости, а также закон сложения скоростей.

История развития взглядов на относительность движения

Идея относительности движения возникла еще в Древней Греции, но систематическое изучение началось в XVII веке. Галилей предложил принцип относительности, согласно которому законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Позже, Исаак Ньютон закрепил этот принцип в своей механике, а в XX веке Альберт Эйнштейн показал, что относительность движения имеет более глубокий смысл, включая эффекты для скоростей, близких к скорости света.

Относительность пути и траектории

Путь — это длина траектории движения тела. Однако траектория и путь зависят от выбора системы отсчета:

• Пассажир, идущий по вагону, прошел 10 метров относительно вагона, но если поезд движется со скоростью 20 м/с, путь относительно платформы будет значительно больше.

• Траектория тела в одной системе отсчета может быть прямой, а в другой — кривой.

Это показывает, что путь и траектория всегда относительны и зависят от наблюдателя.

Пример:
Если велосипедист движется по дороге со скоростью 5 м/с, а дорога движется относительно реки со скоростью 2 м/с, траектория велосипедиста относительно реки будет отличаться от траектории относительно дороги.

Относительность скорости

Скорость тела также является величиной относительной. Она зависит от выбора системы отсчета и направления движения.

Пример:
Если человек идет со скоростью  внутри поезда, движущегося со скоростью   относительно платформы, его скорость относительно платформы:

Если человек идет в обратном направлении по вагону, скорость относительно платформы:

Таким образом, скорость зависит от системы отсчета и направления движения.

Закон сложения скоростей

Закон сложения скоростей позволяет вычислять скорость тела в одной системе отсчета через скорость в другой системе и относительную скорость этих систем.

Для классических механических задач используется простейшая формула:

​

где:

• ​ — скорость тела относительно выбранной системы отсчета

• ​ — скорость тела относительно подвижной системы

• ​ — скорость подвижной системы относительно наблюдателя

Пример:
Автомобиль движется со скоростью 60 км/ч относительно дороги. Грузовик едет параллельно со скоростью 40 км/ч. Для водителя грузовика автомобиль движется со скоростью:

Вопросы для самопроверки

1. Что такое относительность движения?

2. Как зависит путь и траектория тела от системы отсчета?

3. Почему скорость тела относительна?

4. Приведите пример относительности пути в повседневной жизни.

5. Как определяется скорость тела относительно другой системы отсчета?

6. В чем заключается закон сложения скоростей?

7. Как меняется скорость тела, если направление движения противоположно движению системы отсчета?

8. Как Галилей объяснял относительность движения?

9. Чем отличается классическая механическая относительность от релятивистской?

10. Какие практические задачи можно решать с использованием закона сложения скоростей?