відносність руху

1. тестування онлайн Положення предметів в просторі. Тіло відліку.
2. Система координат
3. Система відліку
4. відносність руху
5. Поступальний рух
6. Матеріальна точка
7. головне запам'ятати
8. вправи

тестування онлайн

Положення предметів в просторі. Тіло відліку.

Пропоную гру: вибрати предмет в кімнаті і описати його місцезнаходження. Виконати це так, щоб вгадують не зміг помилитися. Вийшло? А що вийде з опису, якщо інші тіла не використовувати? Залишаться вираження: "зліва від ...", "над ..." і подібне. Положення тіла можна задати тільки щодо якогось іншого тіла.

Місцезнаходження скарбу: "Стань біля східного кута крайньої хати села особою на північ і, пройшовши 120 кроків, повернись обличчям на схід і пройди 200 кроків. У цьому місці вирий яму в 10 ліктів і знайдеш 100 злитків золота". Скарб знайти неможливо, інакше його давно відкопали б. Чому? Тіло, щодо якого здійснюється опис не визначене, невідомо в якому селі знаходиться той самий будинок. Необхідно точно визначитися з тілом, яке візьметься за основу нашого майбутнього опису. Таке тіло в фізиці називається тілом відліку. Його можна вибрати довільно. Наприклад, спробуйте вибрати два різних тіла відліку і щодо їх описати місцезнаходження комп'ютера в кімнаті. Вийде два несхожих один на одного опису.

Система координат

Розглянемо картинку. Де знаходиться дерево, щодо велосипедиста I, велосипедиста II і нас, хто дивиться на монітор?

Щодо тіла відліку - велосипедист I - дерево знаходиться праворуч, щодо тіла відліку - велосипедист II - дерево знаходиться зліва, щодо нас воно попереду. Одне і те ж тіло - дерево, що знаходиться постійно в одному і тому ж місці, одночасно і "зліва", і "справа" і "попереду". Проблема не тільки в тому, що обрані різні тіла відліку. Розглянемо його розташування щодо велосипедиста I.

На цьому малюнку дерево праворуч від велосипедиста I

На цьому малюнку дерево зліва від велосипедиста I

Дерево і велосипедист не змінювали свого місця розташування в просторі, проте дерево одночасно може бути «зліва» і «справа». Для того, щоб позбутися від неоднозначності опису самого напрямку, виберемо певний напрям за позитивне, протилежне заданої буде негативним. Обраний напрямок позначають віссю зі стрілкою, стрілка вказує позитивний напрямок. У нашому прикладі виберемо і позначимо два напрямки. Зліва направо (вісь, по якій рухається велосипедист), і від нас всередину монітора до дерева - це друге позитивний напрямок. Якщо перше, обраний нами напрямок, позначити за X, друге - за Y, отримаємо двомірну систему координат .

Щодо нас велосипедист рухається в негативному напрямку по осі X, дерево знаходиться в позитивному напрямку по осі Y

Щодо нас велосипедист рухається в позитивному напрямку по осі X, дерево знаходиться в позитивному напрямку по осі Y

А тепер визначте, який предмет в кімнаті знаходиться в 2 метрах в позитивному напрямку по осі X (праворуч від вас), і в 3 метрах в негативному напрямку по осі Y (позаду вас). (2; -3) - координати цього тіла. Першою цифрою "2" прийнято позначати розташування по осі X, друга цифра "3" вказує розташування по осі Y. Вона негативна, тому що по осі Y знаходиться не в стороні дерева, а в протилежній стороні. Після того, як вибрано тіло відліку і напрямки, місце розташування будь-якого предмета буде описано однозначно. Якщо ви повернетесь спиною до монітора, праворуч і позаду вас буде вже інший предмет, але і координати у нього будуть інші (-2; 3). Таким чином, координати точно і однозначно визначають розташування предмета.

Простір, в якому ми живемо, - простір трьох вимірів, як кажуть, тривимірний простір. Крім того, що тіло може знаходиться "справа" ( "зліва"), "попереду" ( "позаду"), воно може бути ще "вище" або "нижче" вас. Це третій напрямок - прийнято позначати його віссю Z

Чи можна вибирати не такі напрямки осей? Можна, можливо. Але не можна міняти їх направлення протягом рішення, наприклад, одного завдання. Чи можна вибрати інші назви осей? Можна, але ви ризикуєте тим, що вас не зрозуміють інші, краще так не чинити. Чи можна поміняти місцями вісь X з віссю Y? Можна, але не плуталися в координатах: (x; y).

При прямолінійному русі тіла для визначення його положення досить однієї координатної осі.

Для опису руху на площині використовується прямокутна система координат, що складається з двох взаємно перпендикулярних осей (декартова система координат).

За допомогою тривимірної системи координат можна визначити положення тіла в просторі.

Детальніше про систему координат і проекціях

Система відліку

Кожне тіло в будь-який момент часу займає певне положення в просторі відносно інших тіл. Визначати його положення вже вміємо. Якщо з плином часу положення тіла не змінюється, перебувають у стані спокою. Якщо ж з плином часу положення тіла змінюється, то це означає, що тіло рухається. Все в світі відбувається десь і колись: в просторі (де?) І в часі (коли?). Якщо до тіла відліку, системі координат, які визначають положення тіла, додати спосіб вимірювання часу - годинник, отримаємо систему відліку. За допомогою якої можна оцінити рухається або покоїться тіло.

відносність руху

Космонавт вийшов у відкритий космос. У стані спокою або руху він знаходиться? Якщо розглядати його щодо одного космонавта, що знаходиться поруч, він буде спочивати. А якщо щодо спостерігача на Землі, космонавт рухається з величезною швидкістю. Аналогічно з поїздкою в поїзді. Щодо людей в поїзді ви нерухомо сидите і читаєте книгу. Але щодо людей, які залишилися вдома, ви рухаєтеся зі швидкістю поїзда.

Приклади вибору тіла відліку, щодо якого на малюнку а) потяг рухається (щодо дерев), на малюнку б) потяг покоїться щодо хлопчика.

Сидячи у вагоні, очікуємо відправлення. У вікні спостерігаємо за електричкою на паралельному шляху. Коли вона починає рухатися, важко визначити хто рухається - наш вагон або електричка за вікном. Для того, щоб визначитися, необхідно оцінити рухаємося ми щодо інших нерухомих предметів за вікном. Ми оцінюємо стан нашого вагона щодо різних систем відліку.

Зміна переміщення і швидкості в різних системах відліку

Переміщення і швидкість змінюються при переході з однієї системи відліку в іншу.

Швидкість людини щодо землі (нерухомої системи відліку) різна в першому і другому випадках.

Правило додавання швидкостей: Швидкість тіла відносно нерухомої системи відліку - це векторна сума швидкості тіла відносно рухомої системи відліку і швидкості рухомої системи відліку відносно нерухомої.

Аналогічно вектора переміщення. Правило складання переміщень: Переміщення тіла відносно нерухомої системи відліку - це векторна сума переміщення тіла відносно рухомої системи відліку та переміщення рухомої системи відліку відносно нерухомої.

Нехай людина йде по вагону у напрямку (або проти) руху поїзда. Людина - тіло. Земля - ​​нерухома система відліку. Вагон - рухома система відліку.

Вектора рухомий зі і тіла щодо рухомий зі збігаються за напрямком

Вектора рухомий зі і тіла щодо рухомий зі протилежні по напрямку

Зміна траєкторії в різних системах відліку

Траєкторія руху тіла відносна. Наприклад, розглянемо пропелер вертольота, що спускається на Землю. Точка на пропелері описує коло в системі відліку, пов'язаної з вертольотом. Траєкторія руху цієї точки в системі відліку, пов'язаної з Землею, являє собою кручені лінію.

Поступальний рух

Рух тіла - це зміна його положення в просторі відносно інших тіл з плином часу. Кожне тіло має певні розміри, іноді різні точки тіла знаходяться в різних місцях простору. Як же визначити положення всіх точок тіла?

АЛЕ! Іноді немає необхідності вказувати положення кожної точки тіла. Розглянемо подібні випадки. Наприклад, це не потрібно робити, коли всі крапки тіла рухаються однаково.

Однаково рухаються все струми валізи, машини.

Рух тіла, при якому всі його точки рухаються однаково, називається поступальним

Матеріальна точка

Не потрібно описувати рух кожної точки тіла і тоді, коли його розміри дуже малі в порівнянні з відстанню, яке воно проходить. Наприклад, корабель, що долає океан. Астрономи при описі руху планет і небесних тіл один відносно одного не враховують їх розмірів і їх власний рух. Незважаючи на те, що, наприклад, Земля величезна, щодо відстані до Сонця вона мізерно мала.

Немає необхідності розглядати рух кожної точки тіла, коли вони не впливають на рух тіла всього цілком. Таке тіло можна представляти точкою. Все речовина тіла як би зосереджуємо в точку. Отримуємо модель тіла, без розмірів, але вона має масу. Це і є матеріальна точка.

Одне і те ж тіло при одних його рухах можна вважати матеріальною точкою, при інших - не можна. Наприклад, коли хлопчик йде з дому до школи і при цьому проходить відстань 1 км, то в цьому русі його можна вважати матеріальною точкою. Але коли той же хлопчик виконує зарядку, то точкою його вважати вже не можна.

Розглянемо рухомих спортсменів

В цьому випадку можна спортсмена моделювати матеріальною точкою

У разі стрибка спортсмена в воду (рисунок праворуч) не можна моделювати його в точку, так як від будь-якого положення рук і ніг залежить рух всього тіла

головне запам'ятати

1) Положення тіла в просторі визначається щодо тіла відліку;
2) Необхідно поставити осі (їх напрямки), тобто систему координат, яка визначає координати тіла;
3) Рух тіла визначається щодо системи відліку;
4) У різних системах відліку швидкість тіла може бути різною;
5) Що таке матеріальна точка

вправи

Повз стоїть велосипедиста проїжджає колона рухаються з однаковою швидкістю машин. Чи рухається кожна з машин щодо велосипедиста? Чи рухається машина відносно іншої машин? Чи рухається велосипедист щодо машини?

Щодо велосипедиста кожна машина рухається. Машина щодо іншої машини спочиває. Велосипедист рухається щодо машини.

З центру горизонтально розташованого диска, що обертається по його поверхні пущений кулька. Які траєкторії кульки відносно Землі і диска?

Щодо Землі - спіраль, щодо диска - пряма.

Чому дорівнює переміщення будь-якої точки, що знаходиться на краю диска радіусом R при його повороті щодо підставки на 600? на 1800? Вирішити в системах відліку, пов'язаних з підставкою і диском.

В системі відліку, пов'язаної з підставкою, переміщення рівні R і 2R. В системі відліку, пов'язаної з диском, переміщення весь час дорівнює нулю.

Чому дощові краплі в безвітряну погоду залишають похилі прямі лінії на стеклах рівномірно потяга?

В системі відліку, пов'язаної з Землею, траєкторія краплі - вертикальна лінія. В системі відліку, пов'язаної з поїздом, рух краплі по склу є результат складання двох прямолінійних і рівномірних рухів: поїзди і рівномірного падіння краплі в повітрі. Тому слід краплі на склі похилий.

Яким чином можна визначити швидкість бігу, якщо тренуватися на біговій доріжці зі зламаним автоматичним визначенням швидкості? Адже щодо стін залу не пробігаєш жодного метра.

Визначити швидкість біговій стрічки щодо стін залу.

Ескалатор метро рухається вгору зі швидкістю 0,75 м / с. а) З якою швидкістю і в якому напрямку треба йти по ескалатору, щоб бути весь час на рівні одного з ліхтарів освітлення тунелю? б) З якою швидкістю щодо піднімається сходи треба було б пересуватися, щоб опускатися вниз зі швидкістю пасажирів, нерухомо стоять на інший опускається сходах?

а) Вниз зі швидкістю 0,75 м / с; б) 1,5 м / с

Яку систему координат слід вибрати (одновимірну, двомірну, тривимірну) для визначення положення таких тел: 1. трактор в полі; 2. поїзд; 3. люстра в кімнаті; 4. ліфт; 5. підводний човен; 6. шахова фігура

1. двомірну; 2. одновимірну; 3. двомірну; 4. одновимірну; 5. тривимірну; 6. двомірну

джерело: fizmat.by