Tính tương đối của chuyển động

46

Vật lý 8, 9, 10

Ghi chú “Chuyển động tương đối” được công bố dưới đây dành cho học sinh lớp 8, ghi chú “Điều chế và điều biến” dành cho học sinh lớp 10.

Chuyển động tương đối
Như đã biết, chuyển động của bất kỳ vật thể nào cũng có tính chất tương đối, tức là chuyển động, tốc độ, loại quỹ đạo của nó phụ thuộc vào hệ thống báo cáo (s.o.) trong đó chuyển động này được xem xét. Khi mô tả chuyển động, bạn có thể sử dụng các hệ thống báo cáo khác nhau, đứng yên hoặc chuyển động.
Để chuyển từ hệ này sang hệ khác, chỉ cần viết ra định luật cộng chuyển vị hoặc

bổ sung tốc độ con:
$$\vec{s}_1 = \vec{s}_{12} + \vec{s}_2, \quad \vec{v}_1 = \vec{v}_{12} + \vec{v}_2.$$ (1)

Ở đây $\vec{s}_1(\vec{v}_1)$ là độ dịch chuyển (vận tốc) của vật so với s đầu tiên. o., ví dụ, ở trạng thái nghỉ, $\vec{s}_{12}(\vec{v}_{12})$ - độ dịch chuyển (vận tốc) của vật so với giây thứ hai. o., ví dụ như di chuyển, $\vec{s}_2(\vec{v}_2)$ - chuyển động (tốc độ) của giây thứ hai. O. so với cái đầu tiên. Như vậy, tốc độ của máy bay so với mặt đất là tốc độ của máy bay so với không khí cộng với tốc độ va chạm:
$$\vec{a}_1 = \vec{a}_{12} + \vec{a}_2,$$ (2)

trong đó $\vec{a}_1$ là gia tốc của vật so với khi đứng yên c. o., $\vec{a}_{12}$ - gia tốc của cơ thể

47

so với chuyển động s. o., $\vec{a}_2$ là gia tốc của s này. Ô.

Công thức (1) và (2) có thể được viết dưới dạng đối xứng và thuận tiện hơn để biểu diễn trực tiếp chuyển động tương đối (vận tốc, gia tốc) của hai vật:

$$\vec{s}_{12} = \vec{s}_1 - \vec{s}_2, \quad \vec{v}_{12} = \vec{v}_1 - \vec{v}_2,$$

$$\vec{a}_{12} = \vec{a}_1 - \vec{a}_2.$$

Ví dụ, tốc độ của thuyền so với nước là tốc độ của thuyền trừ đi tốc độ của nước (tốc độ hiện tại):

$$\vec{v}_{\pi B} = \vec{v}_{\pi} - \vec{v}_{\pi B}.$$

Lưu ý rằng mọi điều đã nói đều đúng đối với chuyển động tịnh tiến của một s. O. tương đối với nhau (các trục tọa độ chuyển động của hệ tọa độ luôn song song với các trục tọa độ của hệ đứng yên). Ngoài ra, tốc độ của mọi vật thể phải nhỏ so với tốc độ ánh sáng $c = 300\ 000$ km/s, nếu không thì các định luật của lý thuyết Eischstein tương đối sẽ có hiệu lực, khác với những định luật được trình bày ở trên.

Bây giờ chúng ta hãy đặt ra câu hỏi sau: tại sao chúng ta cần thay đổi hệ thống báo cáo? Để tránh nhầm lẫn, chẳng phải sẽ thuận tiện hơn khi chọn một lần và mãi mãi sao? Hóa ra không phải vậy, và có thể đưa ra một số lý do cho điều này.

Thứ nhất, trong nhiều trường hợp chúng ta đơn giản bị buộc phải đưa vào chữ s thứ hai. O. — nếu không có điều này thì không thể giải được bài toán đã cho. Hãy lấy một ví dụ về một chiếc máy bay bay trong thời tiết có gió. Các thiết bị ghi lại hành trình do phi công lựa chọn cho thấy trục của thân máy bay được đặt như thế nào so với kim nam châm của la bàn và tốc độ của máy bay bị thay đổi dọc theo mặt phẳng vật thể bởi luồng không khí. Ý nghĩa của những thay đổi này trở nên rõ ràng và rõ ràng nếu bạn vào hệ thống báo cáo liên quan đến tác động; họ xác định hướng và độ lớn của tốc độ của máy bay trong giây này. O. Nhưng bạn chỉ có thể vượt qua được với cái này. O. chúng ta không thể - chúng ta cần kiểm soát chuyển động tương đối của máy bay