Dengan mempelajari kinematika, kita belajar mendeskripsikan gerakan mekanis- perubahan posisi tubuh relatif terhadap tubuh lain dari waktu ke waktu. Untuk memperjelas kata-kata yang sangat penting "relatif terhadap tubuh lain" kami akan memberikan contoh di mana Anda perlu menggunakan imajinasi Anda.

Katakanlah kita masuk ke mobil dan melaju ke jalan menuju utara. Mari kita lihat sekeliling. Dengan mobil yang melaju, itu sederhana: mereka selalu mendekati kita dari utara, melewati kita dan bergerak ke selatan (lihat gambar - mobil biru di sebelah kiri).

Dengan mobil yang lewat lebih sulit. Mobil-mobil yang melaju lebih cepat dari kita mendekati kita dari belakang, menyusul kita dan menjauh ke utara (misalnya, mobil abu-abu di tengah). Tapi mobil yang kami lewati mendekati kami dari depan dan menjauh dari kami di belakang (mobil merah di sebelah kanan). Artinya, mobil yang lewat relatif terhadap kita dapat bergerak ke selatan pada saat yang sama ketika relatif terhadap jalan menuju utara!

Jadi, dari sudut pandang pengemudi dan penumpang mobil kami (di bagian bawah gambar, kapnya yang biru), mobil merah yang disusul itu bergerak ke selatan, meskipun, dari sudut pandang anak laki-laki di samping jalan, mobil yang sama menuju utara. Selain itu, mobil merah akan "terbang dengan peluit" melewati anak itu, dan dengan mobil kami itu akan "pelan-pelan hanyut" kembali.

Lewat sini, gerakan tubuh mungkin terlihat berbeda dari sudut pandang pengamat yang berbeda. Fenomena ini adalah relativitas gerak mekanik . Ini memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa kecepatan, arah, dan lintasan gerakan yang sama berbeda untuk pengamat yang berbeda. Dua perbedaan pertama (dalam kecepatan dan arah gerakan) baru saja kita ilustrasikan dengan contoh mobil. Selanjutnya, kami akan menunjukkan perbedaan bentuk lintasan benda yang sama untuk pengamat yang berbeda (lihat gambar dengan kapal pesiar).

Ingat: kinematika menciptakan deskripsi matematis dari gerakan benda. Tetapi bagaimana melakukan ini jika gerakan itu terlihat berbeda dari sudut pandang pengamat yang berbeda? Yang pasti, dalam fisika selalu memilih kerangka acuan.

Sistem referensi memanggil jam dan sistem koordinat yang terkait dengan badan referensi (pengamat). Mari kita jelaskan ini dengan contoh.

Mari kita bayangkan bahwa kita berada di kereta api dan kita menjatuhkan sebuah benda. Itu akan jatuh di kaki kita, meskipun dengan kecepatan 36 km / jam, kereta bergerak 10 meter setiap detik. Bayangkan sekarang seorang pelaut telah naik ke tiang kapal pesiar dan melepaskan tembakan (lihat gambar). Kita juga tidak perlu malu bahwa itu akan jatuh ke dasar tiang, terlepas dari kenyataan bahwa kapal pesiar itu berlayar ke depan. Itu adalah pada setiap saat, nukleus bergerak ke bawah dan ke depan bersama dengan kapal pesiar.

Jadi, dalam kerangka acuan yang terkait dengan kapal pesiar(sebut saja "dek"), inti hanya bergerak secara vertikal dan menempuh jalur yang sama dengan panjang tiang; lintasan inti adalah segmen garis lurus. Tetapi dalam kerangka acuan yang terkait dengan pantai(sebut saja "dermaga"), inti bergerak baik secara vertikal maupun ke depan; lintasan inti adalah cabang parabola, dan jalurnya jelas lebih besar dari panjang tiang. Kesimpulan: lintasan dan jalur inti yang sama berbeda dalam sistem referensi yang berbeda: "dek" dan "dermaga".

Bagaimana dengan kecepatan inti? Karena ini adalah benda yang sama, kami menganggap waktu kejatuhannya sama di kedua kerangka acuan. Tetapi karena jalur yang dilalui oleh nukleus berbeda, maka kecepatan gerakan yang sama dalam kerangka acuan yang berbeda berbeda.

Mungkinkah diam dan tetap bergerak lebih cepat dari mobil Formula 1? Ternyata Anda bisa. Setiap gerakan tergantung pada pilihan sistem referensi, yaitu setiap gerakan adalah relatif. Topik pelajaran hari ini: “Relativitas gerak. Hukum penjumlahan perpindahan dan kecepatan. Kita akan belajar bagaimana memilih kerangka acuan dalam kasus tertentu, bagaimana menemukan perpindahan dan kecepatan tubuh.

Gerak mekanik adalah perubahan posisi tubuh dalam ruang relatif terhadap tubuh lain dari waktu ke waktu. Dalam definisi ini, frasa kuncinya adalah "relatif terhadap badan lain." Masing-masing dari kita tidak bergerak relatif terhadap permukaan apa pun, tetapi relatif terhadap Matahari, bersama dengan seluruh Bumi, kita membuat gerakan orbit dengan kecepatan 30 km / s, yaitu, gerakan itu tergantung pada kerangka acuan.

Sistem referensi - satu set sistem koordinat dan jam yang terkait dengan tubuh, relatif terhadap gerakan yang sedang dipelajari. Misalnya, ketika menggambarkan pergerakan penumpang di dalam mobil, kerangka acuan dapat diasosiasikan dengan kafe pinggir jalan, atau dengan interior mobil atau dengan mobil yang melaju jika kita memperkirakan waktu menyalip (Gbr. 1).

Beras. 1. Pilihan sistem referensi

Besaran dan konsep fisika apa yang bergantung pada pilihan sistem referensi?

1. Posisi atau koordinat tubuh

Pertimbangkan titik sewenang-wenang. Dalam sistem yang berbeda, ia memiliki koordinat yang berbeda (Gbr. 2).

Beras. 2. Titik koordinat dalam sistem koordinat yang berbeda

2. Lintasan

Pertimbangkan lintasan titik yang terletak di baling-baling pesawat dalam dua sistem referensi: sistem referensi yang terkait dengan pilot, dan sistem referensi yang terkait dengan pengamat di Bumi. Untuk pilot, titik ini akan membuat rotasi melingkar (Gbr. 3).

Beras. 3. Rotasi melingkar

Sedangkan bagi pengamat di Bumi, lintasan titik ini akan berbentuk heliks (Gbr. 4). Jelas bahwa lintasan tergantung pada pilihan kerangka acuan.

Beras. 4. Lintasan heliks

Relativitas lintasan. Lintasan gerak tubuh dalam kerangka acuan yang berbeda

Mari kita perhatikan bagaimana lintasan gerak berubah tergantung pada pilihan sistem referensi menggunakan masalah sebagai contoh.

Sebuah tugas

Apa yang akan menjadi lintasan titik di ujung baling-baling di CO yang berbeda?

1. Di CO yang berhubungan dengan pilot pesawat.

2. Dalam CO berhubungan dengan pengamat di Bumi.

Larutan:

1. Baik pilot maupun baling-baling tidak bergerak relatif terhadap pesawat. Untuk pilot, lintasan titik akan muncul sebagai lingkaran (Gbr. 5).

Beras. 5. Lintasan titik relatif terhadap pilot

2. Bagi pengamat di Bumi, sebuah titik bergerak dalam dua cara: berputar dan bergerak maju. Lintasannya akan berbentuk heliks (Gbr. 6).

Beras. 6. Lintasan suatu titik relatif terhadap pengamat di Bumi

Menjawab : 1) lingkaran; 2) heliks.

Menggunakan contoh masalah ini, kita telah melihat bahwa lintasan adalah konsep relatif.

Sebagai pemeriksaan independen, kami menyarankan Anda memecahkan masalah berikut:

Berapakah lintasan titik di ujung roda relatif terhadap pusat roda, jika roda ini bergerak maju, dan relatif terhadap titik-titik di tanah (pengamat diam)?

3. Gerakan dan jalur

Pertimbangkan situasi di mana rakit mengambang dan pada titik tertentu seorang perenang melompat darinya dan berusaha menyeberang ke pantai yang berlawanan. Pergerakan perenang relatif terhadap nelayan yang duduk di pantai dan relatif terhadap rakit akan berbeda (Gbr. 7).

Gerakan relatif terhadap bumi disebut absolut, dan relatif terhadap benda yang bergerak - relatif. Pergerakan benda bergerak (rakit) relatif terhadap benda tetap (nelayan) disebut portabel.

Beras. 7. Pindahkan perenang

Ini mengikuti dari contoh bahwa perpindahan dan jalur adalah nilai relatif.

4. Kecepatan

Dengan menggunakan contoh sebelumnya, Anda dapat dengan mudah menunjukkan bahwa kecepatan juga merupakan nilai relatif. Bagaimanapun, kecepatan adalah rasio perpindahan terhadap waktu. Kami memiliki waktu yang sama, tetapi gerakannya berbeda. Karena itu, kecepatannya akan berbeda.

Ketergantungan karakteristik gerak pada pemilihan sistem referensi disebut relativitas gerak.

Ada kasus-kasus dramatis dalam sejarah umat manusia, yang berhubungan secara tepat dengan pilihan sistem referensi. Eksekusi Giordano Bruno, pengunduran diri Galileo Galilei - semua ini adalah konsekuensi dari perjuangan antara pendukung sistem referensi geosentris dan sistem referensi heliosentris. Sangat sulit bagi umat manusia untuk terbiasa dengan gagasan bahwa Bumi sama sekali bukan pusat alam semesta, tetapi planet yang sepenuhnya biasa. Dan gerakan ini dapat dianggap tidak hanya relatif terhadap Bumi, gerakan ini akan bersifat absolut dan relatif terhadap Matahari, bintang, atau benda lainnya. Jauh lebih mudah dan lebih sederhana untuk menggambarkan gerakan benda-benda langit dalam kerangka acuan yang terkait dengan Matahari, ini pertama-tama secara meyakinkan ditunjukkan oleh Kepler, dan kemudian oleh Newton, yang, berdasarkan pertimbangan gerakan Bulan mengelilingi Matahari. Bumi, menurunkan hukum gravitasi universalnya yang terkenal.

Jika kita mengatakan bahwa lintasan, lintasan, perpindahan, dan kecepatan adalah relatif, yaitu, mereka bergantung pada pilihan kerangka acuan, maka kita tidak mengatakan ini tentang waktu. Dalam kerangka mekanika klasik, atau Newtonian, waktu adalah nilai absolut, artinya mengalir sama di semua kerangka acuan.

Mari kita pertimbangkan bagaimana menemukan perpindahan dan kecepatan dalam satu kerangka acuan, jika mereka diketahui oleh kita dalam kerangka acuan lain.

Pertimbangkan situasi sebelumnya, ketika rakit mengambang dan pada titik tertentu seorang perenang melompat darinya dan mencoba menyeberang ke pantai yang berlawanan.

Bagaimana pergerakan perenang relatif terhadap CO tetap (terkait dengan nelayan) terkait dengan pergerakan CO yang relatif mobile (terkait dengan rakit) (Gbr. 8)?

Beras. 8. Ilustrasi untuk masalah

Kami menyebut gerakan itu dalam kerangka acuan yang tetap. Dari segitiga vektor berikut bahwa . Sekarang mari kita beralih ke menemukan hubungan antara kecepatan. Ingatlah bahwa dalam kerangka mekanika Newton, waktu adalah nilai absolut (waktu mengalir dengan cara yang sama di semua kerangka acuan). Artinya, setiap suku dari persamaan sebelumnya dapat dibagi berdasarkan waktu. Kita mendapatkan:

Ini adalah kecepatan di mana perenang bergerak untuk nelayan;

Ini adalah kecepatan perenang itu sendiri;

Ini adalah kecepatan rakit (kecepatan sungai).

Soal hukum penjumlahan kecepatan

Pertimbangkan hukum penambahan kecepatan menggunakan masalah sebagai contoh.

Sebuah tugas

Dua mobil bergerak menuju satu sama lain: mobil pertama dengan kecepatan , yang kedua - dengan kecepatan . Seberapa cepat mobil mendekat (Gbr. 9)?

Beras. 9. Ilustrasi untuk masalah

Larutan

Mari kita terapkan hukum penambahan kecepatan. Untuk melakukan ini, mari kita beralih dari CO biasa yang terkait dengan Bumi ke CO yang terkait dengan mobil pertama. Dengan demikian, mobil pertama menjadi diam, dan mobil kedua bergerak ke arahnya dengan kecepatan (kecepatan relatif). Dengan kecepatan berapa, jika mobil pertama diam, bumi berputar mengelilingi mobil pertama? Ini berputar dengan kecepatan dan kecepatannya searah dengan kecepatan kendaraan kedua (kecepatan angkut). Dua buah vektor yang diarahkan sepanjang garis lurus yang sama dijumlahkan. .

Menjawab: .

Batas penerapan hukum penambahan kecepatan. Hukum penambahan kecepatan dalam teori relativitas

Untuk waktu yang lama diyakini bahwa hukum klasik penambahan kecepatan selalu valid dan berlaku untuk semua kerangka acuan. Namun, sekitar setahun yang lalu ternyata dalam beberapa situasi undang-undang ini tidak berfungsi. Mari kita pertimbangkan kasus seperti itu pada contoh masalah.

Bayangkan Anda berada di roket luar angkasa yang bergerak dengan kecepatan . Dan kapten roket luar angkasa menyalakan senter ke arah pergerakan roket (Gbr. 10). Kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa adalah . Berapakah kecepatan cahaya bagi pengamat yang diam di bumi? Apakah itu akan sama dengan jumlah kecepatan cahaya dan roket?

Beras. 10. Ilustrasi untuk masalah

Faktanya adalah bahwa di sini fisika dihadapkan pada dua konsep yang saling bertentangan. Di satu sisi, menurut elektrodinamika Maxwell, kecepatan maksimum adalah kecepatan cahaya, dan itu sama dengan . Di sisi lain, menurut mekanika Newton, waktu adalah kuantitas mutlak. Masalahnya terpecahkan ketika Einstein mengusulkan teori relativitas khusus, atau lebih tepatnya postulatnya. Dia adalah orang pertama yang menyatakan bahwa waktu tidak mutlak. Artinya, di suatu tempat ia mengalir lebih cepat, dan di suatu tempat lebih lambat. Tentu saja, di dunia kita yang berkecepatan rendah, kita tidak melihat efek ini. Untuk merasakan perbedaan ini, kita perlu bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Atas dasar kesimpulan Einstein, hukum penambahan kecepatan diperoleh dalam teori relativitas khusus. Ini terlihat seperti ini:

Ini adalah kecepatan relatif terhadap CO stasioner;

Ini adalah kecepatan relatif terhadap CO seluler;

Ini adalah kecepatan CO yang bergerak relatif terhadap CO yang tidak bergerak.

Jika kita mengganti nilai dari masalah kita, kita mendapatkan bahwa kecepatan cahaya untuk pengamat diam di Bumi adalah .

Kontroversi telah diselesaikan. Anda juga dapat melihat bahwa jika kecepatan sangat kecil dibandingkan dengan kecepatan cahaya, maka rumus teori relativitas berubah menjadi rumus klasik untuk menambahkan kecepatan.

Dalam kebanyakan kasus, kita akan menggunakan hukum klasik.

Hari ini kami menemukan bahwa gerakan bergantung pada kerangka acuan, bahwa kecepatan, lintasan, perpindahan, dan lintasan adalah konsep relatif. Dan waktu dalam kerangka mekanika klasik adalah konsep yang mutlak. Kami belajar bagaimana menerapkan pengetahuan yang diperoleh dengan menganalisis beberapa contoh khas.

Bibliografi

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemozina, 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika - 9, Moskow, Pendidikan, 1990.

1. Portal internet Class-fizika.narod.ru ().
2. Portal internet Nado5.ru ().
3. Portal internet Fizika.ayp.ru ().

Pekerjaan rumah

1. Menentukan relativitas gerak.
2. Besaran fisis apa yang bergantung pada pilihan sistem referensi?

Terkait dengan tubuh, dalam kaitannya dengan gerakan (atau keseimbangan) dari beberapa titik material atau benda lain yang sedang dipelajari. Setiap gerakan adalah relatif, dan gerakan tubuh harus dipertimbangkan hanya dalam kaitannya dengan beberapa tubuh lain (tubuh referensi) atau sistem tubuh. Tidak mungkin untuk menunjukkan, misalnya, bagaimana Bulan bergerak secara umum; seseorang hanya dapat menentukan pergerakannya dalam kaitannya dengan Bumi atau Matahari dan bintang-bintang, dll.

Secara matematis, pergerakan benda (atau titik material) sehubungan dengan sistem referensi yang dipilih dijelaskan oleh persamaan yang menetapkan bagaimana t koordinat yang menentukan posisi tubuh (titik) dalam kerangka acuan ini. Misalnya, dalam koordinat Cartesian x, y, z, pergerakan suatu titik ditentukan oleh persamaan X = f1(t), y = f2(t), Z = f3(t), yang disebut persamaan gerak.

Badan referensi- tubuh relatif yang mengatur sistem referensi.

sistem referensi- disandingkan dengan kontinum yang dibentangkan oleh nyata atau imajiner dasar badan referensi. Adalah wajar untuk menyajikan dua persyaratan berikut ke badan dasar (pembangkit) dari sistem referensi:

1. Badan dasar harus diam relatif satu sama lain. Ini diperiksa, misalnya, dengan tidak adanya efek Doppler selama pertukaran sinyal radio di antara mereka.

2. Badan dasar harus bergerak dengan akselerasi yang sama, yaitu, mereka harus memiliki indikator akselerometer yang sama yang terpasang padanya.

Lihat juga

Relativitas gerak

Benda yang bergerak mengubah posisinya relatif terhadap benda lain. Posisi mobil yang melaju kencang di jalan raya berubah sehubungan dengan milepost, posisi kapal yang berlayar di laut dekat pantai berubah sehubungan dengan bintang dan garis pantai, dan pergerakan pesawat terbang yang terbang di atas bumi dapat dinilai dari perubahan posisinya relatif terhadap permukaan bumi. Gerak mekanis adalah proses perubahan posisi benda dalam ruang dari waktu ke waktu. Dapat ditunjukkan bahwa tubuh yang sama dapat bergerak secara berbeda relatif terhadap tubuh lain.

Dengan demikian, adalah mungkin untuk mengatakan bahwa beberapa benda bergerak hanya jika jelas relatif terhadap benda lain mana - benda acuan - posisinya telah berubah.

Catatan

Tautan

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Relativitas Gerak" di kamus lain:

Peristiwa adalah efek kunci dari SRT, yang memanifestasikan dirinya, khususnya, dalam "paradoks kembar". Pertimbangkan beberapa jam tersinkronisasi yang terletak di sepanjang sumbu di setiap kerangka acuan. Transformasi Lorentz mengasumsikan bahwa saat ini ... Wikipedia

Teori relativitas merupakan bagian penting dari dasar teori fisika modern. Ada dua teori utama: pribadi (khusus) dan umum. Keduanya diciptakan oleh A. Einstein, swasta tahun 1905, umum tahun 1915. Dalam fisika modern, swasta ... ... Ensiklopedia Collier

RELATIFITAS- sifat dari apa yang tergantung pada hal lain. Teori relativitas ilmiah tidak memiliki kesamaan dengan teori filosofis tentang relativitas pengetahuan manusia; itu adalah interpretasi dari fenomena alam semesta (dan bukan dari pengetahuan manusia), ... ... Kamus Filsafat

Momentum sudut (momentum kinetik, momentum sudut, momentum orbital, momentum sudut) mencirikan jumlah gerak rotasi. Nilai tergantung pada seberapa banyak massa berputar, bagaimana itu didistribusikan relatif terhadap sumbu ... ... Wikipedia

Einstein, teori fisika yang mempertimbangkan sifat spatio-temporal dari proses fisik. Karena hukum yang ditetapkan oleh teori relativitas umum untuk semua proses fisik, mereka biasanya hanya disebut sebagai ... ... kamus ensiklopedis

Dalam arti luas, setiap perubahan, dalam arti sempit, adalah perubahan posisi tubuh dalam ruang. D. menjadi prinsip universal dalam filsafat Heraclitus (“semuanya mengalir”). Kemungkinan D. dibantah oleh Parmenides dan Zeno dari Elea. Aristoteles membagi D. menjadi ... ... Ensiklopedia Filsafat

Gambar tata surya dari buku oleh Andreas Cellarius Harmonia Macrocosmica (1708) Sistem heliosentris dunia adalah gagasan bahwa Matahari adalah benda langit pusat di mana Bumi dan lainnya berputar ... Wikipedia

ZENON DARI ELEA- [Orang yunani. ὁ ] (abad ke-5 SM), Yunani kuno. filsuf, perwakilan dari sekolah filosofis Eleatic, murid Parmenides, pencipta aporia Zeno yang terkenal. Kehidupan dan tulisan Tanggal pasti kelahiran ZE tidak diketahui. Menurut Diogen... Ensiklopedia Ortodoks

Gerak mekanis suatu benda adalah perubahan posisinya dalam ruang relatif terhadap benda lain dari waktu ke waktu. Dalam hal ini, tubuh berinteraksi sesuai dengan hukum mekanika. Bagian mekanika yang menjelaskan sifat geometris gerak tanpa memperhitungkan ... ... Wikipedia

Sistem referensi adalah seperangkat benda referensi, sistem koordinat yang terkait dengannya, dan sistem referensi waktu, yang dengannya gerakan (atau keseimbangan) dari setiap titik material atau benda dipertimbangkan. Gerakan matematis ... Wikipedia

Buku

• Satu set meja. Fisika. Statika. Relativitas Khusus (8 tabel), . Seni. 5-8664-008. Album edukasi 8 lembar. Artikel - 5-8625-008. Kondisi kesetimbangan untuk gerak translasi. Kondisi kesetimbangan untuk gerak rotasi. Pusat gravitasi. Pusat massa...

Pertanyaan.

1. Apa yang dimaksud dengan pernyataan berikut: kecepatan relatif, lintasan relatif, lintasan relatif?

Ini berarti bahwa besaran-besaran ini (kecepatan, lintasan, dan lintasan) untuk gerak berbeda tergantung dari kerangka acuan mana pengamatan dibuat.

2. Tunjukkan dengan contoh bahwa kecepatan, lintasan, dan jarak yang ditempuh adalah nilai relatif.

Misalnya, seseorang berdiri tidak bergerak di permukaan Bumi (tidak ada kecepatan, tidak ada lintasan, tidak ada jalan), tetapi pada saat ini Bumi berputar di sekitar porosnya, dan oleh karena itu seseorang, relatif terhadap, misalnya, pusat bumi, bergerak sepanjang lintasan tertentu (dalam lingkaran), bergerak dan memiliki kecepatan tertentu.

3. Rumuskan secara singkat apa itu relativitas gerak.

Pergerakan tubuh (kecepatan, jalur, lintasan) berbeda dalam kerangka acuan yang berbeda.

4. Apa perbedaan utama antara sistem heliosentris dan geosentris?

Dalam sistem heliosentris, benda acuan adalah Matahari, dan dalam sistem geosentris, Bumi.

5. Jelaskan perubahan siang dan malam di Bumi dalam sistem heliosentris (lihat Gambar 18).

Dalam sistem heliosentris, perubahan siang dan malam dijelaskan oleh rotasi Bumi.

Latihan.

1. Air di sungai bergerak dengan kecepatan 2 m/s relatif terhadap tepian. Sebuah rakit mengapung di sungai. Berapa kecepatan rakit relatif terhadap pantai? tentang air di sungai?

Kecepatan rakit relatif terhadap pantai adalah 2 m/s, relatif terhadap air di sungai - 0 m/s.

2. Dalam beberapa kasus, kecepatan suatu benda bisa sama dalam kerangka acuan yang berbeda. Misalnya, kereta api bergerak dengan kecepatan yang sama dalam kerangka acuan yang terkait dengan bangunan stasiun dan dalam kerangka acuan yang terkait dengan pohon yang tumbuh di dekat jalan. Bukankah ini bertentangan dengan pernyataan bahwa kecepatan itu relatif? Jelaskan jawabannya.

Jika kedua benda, yang dengannya kerangka acuan benda-benda ini terhubung, tetap tidak bergerak relatif satu sama lain, maka mereka terhubung dengan kerangka acuan ketiga - Bumi, relatif terhadap tempat pengukuran dilakukan.

3. Dalam kondisi apa kecepatan benda yang bergerak akan sama terhadap dua kerangka acuan?

Jika kerangka acuan ini tetap relatif satu sama lain.

4. Karena rotasi harian Bumi, seseorang yang duduk di kursi di rumahnya di Moskow bergerak relatif terhadap poros bumi dengan kecepatan sekitar 900 km / jam. Bandingkan kecepatan ini dengan kecepatan moncong peluru relatif terhadap pistol, yaitu 250 m/s.

5. Sebuah kapal torpedo bergerak sepanjang garis lintang enam puluh paralel dengan kecepatan 90 km/jam relatif terhadap daratan. Kecepatan rotasi harian Bumi pada garis lintang ini adalah 223 m/s. Apa yang sama dengan di (SI) dan di mana kecepatan perahu relatif terhadap sumbu bumi diarahkan jika bergerak ke timur? ke arah barat?

Kata-kata "tubuh bergerak" tidak memiliki arti yang pasti, karena itu perlu untuk mengatakan dalam kaitannya dengan tubuh mana atau dalam kaitannya dengan kerangka acuan mana gerakan ini dipertimbangkan. Mari kita berikan beberapa contoh.

Penumpang kereta api yang bergerak tidak bergerak relatif terhadap dinding mobil. Dan penumpang yang sama bergerak dalam kerangka acuan yang terhubung dengan Bumi. Lift naik. Sebuah koper berdiri di lantainya bersandar relatif terhadap dinding lift dan orang di dalam lift. Tapi itu bergerak relatif terhadap Bumi dan rumah.

Contoh-contoh ini membuktikan relativitas gerak dan, khususnya, relativitas konsep kecepatan. Kecepatan benda yang sama berbeda dalam kerangka acuan yang berbeda.

Bayangkan seorang penumpang dalam kereta bergerak secara seragam relatif terhadap permukaan bumi, melepaskan bola dari tangannya. Dia melihat bagaimana bola jatuh secara vertikal ke bawah relatif terhadap mobil dengan percepatan g. Kaitkan sistem koordinat dengan mobil X 1 HAI 1 kamu 1 (Gbr. 1). Dalam sistem koordinat ini, saat jatuh, bola akan menempuh lintasan IKLAN = h, dan penumpang akan mencatat bahwa bola jatuh vertikal ke bawah dan pada saat tumbukan di lantai kecepatannya adalah 1 .

Beras. satu

Nah, apa yang akan pengamat berdiri di platform tetap, dengan sistem koordinat yang terhubung, lihat? XOY? Dia akan melihat (mari kita bayangkan bahwa dinding mobil transparan) bahwa lintasan bola adalah parabola IKLAN, dan bola jatuh ke lantai dengan kecepatan 2 yang diarahkan pada sudut ke cakrawala (lihat Gambar 1).

Jadi kami mencatat bahwa pengamat dalam sistem koordinat X 1 HAI 1 kamu 1 dan XOY mendeteksi lintasan berbagai bentuk, kecepatan dan jarak yang ditempuh selama pergerakan satu tubuh - bola.

Perlu dipahami dengan jelas bahwa semua konsep kinematik: lintasan, koordinat, lintasan, perpindahan, kecepatan memiliki bentuk atau nilai numerik tertentu dalam satu kerangka acuan yang dipilih. Saat berpindah dari satu sistem referensi ke sistem referensi lainnya, besaran ini dapat berubah. Ini adalah relativitas gerak, dan dalam pengertian ini gerak mekanis selalu relatif.

Hubungan koordinat titik dalam sistem referensi yang bergerak relatif satu sama lain dijelaskan Transformasi Galilea. Transformasi semua besaran kinematik lainnya adalah konsekuensinya.

Contoh. Seorang pria berjalan di atas rakit yang mengapung di sungai. Baik kecepatan seseorang relatif terhadap rakit dan kecepatan rakit relatif terhadap pantai diketahui.

Dalam contoh, kita berbicara tentang kecepatan seseorang relatif terhadap rakit dan kecepatan rakit relatif terhadap pantai. Oleh karena itu, satu kerangka acuan K kita akan terhubung dengan pantai - ini adalah kerangka acuan tetap, kedua Ke 1 kita akan terhubung dengan rakit - ini adalah kerangka acuan bergerak. Kami memperkenalkan notasi untuk kecepatan:

• 1 pilihan(kecepatan relatif terhadap sistem)

- kecepatan Ke

1 - kecepatan benda yang sama relatif terhadap kerangka acuan bergerak K

kamu- kecepatan sistem bergerak Ke Ke

$\vec(\upsilon )=\vec(u)+\vec(\upsilon )_(1) .\; \; \; (1)$

• "Pilihan 2

nada - kecepatan tubuh relatif tidak bergerak sistem referensi Ke(kecepatan manusia relatif terhadap Bumi);

atas - kecepatan yang sama tubuh relatif mobile sistem referensi K 1 (kecepatan manusia relatif terhadap rakit);

υ Dengan- kecepatan bergerak sistem K 1 relatif terhadap sistem tetap Ke(kecepatan rakit relatif terhadap bumi). Kemudian

$\vec(\upsilon )_(nada) =\vec(\upsilon )_(c) +\vec(\upsilon )_(atas) .\; \; \; (2)$

• 3 pilihan

υ sebuah (kecepatan mutlak) - kecepatan tubuh relatif terhadap kerangka acuan tetap Ke(kecepatan manusia relatif terhadap Bumi);

dari ( kecepatan relatif) - kecepatan benda yang sama relatif terhadap kerangka acuan bergerak K 1 (kecepatan manusia relatif terhadap rakit);

p ( kecepatan portabel) - kecepatan sistem yang bergerak Ke 1 relatif terhadap sistem tetap Ke(kecepatan rakit relatif terhadap bumi). Kemudian

$\vec(\upsilon )_(a) =\vec(\upsilon )_(dari) +\vec(\upsilon )_(n) .\; \; \; (3)$

• 4 pilihan

1 atau orang - kecepatan pertama tubuh relatif terhadap kerangka acuan tetap Ke(kecepatan manusia relatif terhadap bumi)

2 atau pl - kecepatan kedua tubuh relatif terhadap kerangka acuan tetap Ke(kecepatan rakit relatif terhadap bumi)

1/2 atau orang/pl - kecepatan pertama tubuh tentang kedua(kecepatan manusia relatif rakit);

2/1 atau pl / orang - kecepatan kedua tubuh tentang pertama(kecepatan rakit relatif manusia). Kemudian

$\left|\begin(array)(c) (\vec(\upsilon )_(1) =\vec(\upsilon )_(2) +\vec(\upsilon )_(1/2) ,\; \; \, \, \vec(\upsilon )_(2) =\vec(\upsilon )_(1) +\vec(\upsilon )_(2/1) ;) \\ () \\ (\ vec(\upsilon )_(orang) =\vec(\upsilon )_(pl) +\vec(\upsilon )_(orang/pl) ,\; \; \, \, \vec(\upsilon )_( pl) =\vec(\upsilon )_(orang) +\vec(\upsilon )_(pl/orang) .) \end(array)\kanan. \; \; \; (4)$

Rumus (1-4) juga dapat ditulis untuk perpindahan r, dan untuk percepatan sebuah:

$\begin(array)(c) (\Delta \vec(r)_(tone) =\Delta \vec(r)_(c) +\Delta \vec(r)_(top) ,\; \; \; \Delta \vec(r)_(a) =\Delta \vec(r)_(dari) +\Delta \vec(n)_(?) ,) \\ () \\ (\Delta \vec (r)_(1) =\Delta \vec(r)_(2) +\Delta \vec(r)_(1/2) ,\; \; \, \, \Delta \vec(r)_ (2) =\Delta \vec(r)_(1) +\Delta \vec(r)_(2/1) ;) \\ () \\ (\vec(a)_(nada) =\vec (a)_(c) +\vec(a)_(atas) ,\; \; \; \vec(a)_(a) =\vec(a)_(dari) +\vec(a)_ (n) ,) \\ () \\ (\vec(a)_(1) =\vec(a)_(2) +\vec(a)_(1/2) ,\; \; \, \, \vec(a)_(2) =\vec(a)_(1) +\vec(a)_(2/1) .) \end(array)$

Rencana untuk memecahkan masalah tentang relativitas gerak

1. Buat gambar: gambar benda-benda dalam bentuk persegi panjang, di atasnya tunjukkan arah kecepatan dan gerakan (jika perlu). Pilih arah sumbu koordinat.

2. Berdasarkan kondisi masalah atau jalannya penyelesaian, tentukan pilihan kerangka acuan bergerak (FR) dan dengan notasi kecepatan dan perpindahan.

• Selalu mulai dengan memilih CO seluler. Jika tidak ada reservasi khusus dalam masalah mengenai SS mana kecepatan dan perpindahan diberikan (atau perlu ditemukan), maka tidak masalah sistem mana yang diambil sebagai SS bergerak. Pilihan yang baik dari sistem bergerak sangat menyederhanakan solusi masalah.
• Perhatikan fakta bahwa kecepatan (perpindahan) yang sama ditunjukkan dengan cara yang sama dalam kondisi, solusi dan pada gambar.

3. Tuliskan hukum penambahan kecepatan dan (atau) perpindahan dalam bentuk vektor:

$\vec(\upsilon )_(nada) =\vec(\upsilon )_(c) +\vec(\upsilon )_(atas) ,\; \; \, \, \Delta \vec(r)_(nada) =\Delta \vec(r)_(c) +\Delta \vec(r)_(atas) .$

• Jangan lupa tentang cara lain untuk menulis hukum penjumlahan:

$\begin(array)(c) (\vec(\upsilon )_(a) =\vec(\upsilon )_(dari) +\vec(\upsilon )_(n) ,\; \; \; \ Delta \vec(r)_(a) =\Delta \vec(r)_(dari) +\Delta \vec(r)_(n) ,) \\ () \\ (\vec(\upsilon )_ (1) =\vec(\upsilon )_(2) +\vec(\upsilon )_(1/2) ,\; \; \, \, \Delta \vec(r)_(1) =\Delta \vec(r)_(2) +\Delta \vec(r)_(1/2) .) \end(array)$

4. Tuliskan proyeksi hukum penjumlahan pada sumbu 0 X dan 0 kamu(dan sumbu lainnya)

0X: nada x = υ dengan x+ atas x , Δ r nada x = Δ r dengan x + Δ r atas x , (5-6)

0kamu: nada kamu = υ dengan kamu+ atas kamu , Δ r nada kamu = Δ r dengan kamu + Δ r atas kamu , (7-8)

• Pilihan lain:

0X: υ sebuah x= dari x+ p x , Δ r sebuah x = Δ r dari x + Δ r P x ,

1 x= 2 x+ 1/2 x , Δ r 1x = Δ r 2x + Δ r 1/2x ,

0kamu: υ ay= dari kamu+ p kamu , Δ r dan kamu = Δ r dari kamu + Δ r P kamu ,

1 kamu= 2 kamu+ 1/2 kamu , Δ r 1kamu = Δ r 2kamu + Δ r 1/2kamu .

5. Temukan nilai proyeksi setiap besaran:

nada x = …, υ dengan x= …, atas x = …, Δ r nada x = …, Δ r dengan x = …, Δ r atas x = …,

nada kamu = …, υ dengan kamu= …, atas kamu = …, Δ r nada kamu = …, Δ r dengan kamu = …, Δ r atas kamu = …

• Begitu juga untuk pilihan lainnya.

6. Substitusikan nilai yang diperoleh ke dalam persamaan (5) - (8).

7. Selesaikan sistem persamaan yang dihasilkan.

• Catatan. Saat keterampilan memecahkan masalah tersebut berkembang, poin 4 dan 5 dapat dilakukan dalam pikiran, tanpa menulis di buku catatan.

Pengaya

1. Jika kecepatan benda diberikan relatif terhadap benda yang sekarang tidak bergerak, tetapi dapat bergerak (misalnya, kecepatan benda di danau (tidak ada arus) atau di tanpa angin cuaca), maka kecepatan tersebut dianggap relatif terhadap sistem seluler(relatif terhadap air atau angin). dia kecepatan sendiri tubuh, relatif terhadap sistem tetap, mereka dapat berubah. Misalnya, kecepatan seseorang sendiri adalah 5 km/jam. Tetapi jika seseorang melawan angin, kecepatannya relatif terhadap tanah akan menjadi kurang; jika angin bertiup di belakang, kecepatan orang tersebut akan lebih besar. Namun relatif terhadap udara (angin), kecepatannya tetap sama dengan 5 km/jam.
2. Dalam tugas, frasa "kecepatan benda relatif terhadap tanah" (atau relatif terhadap benda diam lainnya) biasanya diganti dengan "kecepatan benda" secara default. Jika kecepatan tubuh tidak diberikan relatif terhadap tanah, maka ini harus ditunjukkan dalam kondisi masalah. Misalnya, 1) kecepatan pesawat adalah 700 km/jam, 2) kecepatan pesawat dalam cuaca tenang adalah 750 km/jam. Dalam contoh satu, kecepatan 700 km/jam diberikan relatif terhadap tanah, pada contoh kedua, kecepatan 750 km/jam diberikan relatif terhadap udara (lihat lampiran 1).
3. Dalam rumus yang menyertakan nilai dengan indeks, prinsip kesesuaian, yaitu indeks dari jumlah yang sesuai harus cocok. Misalnya, $t=\dfrac(\Delta r_(nada x) )(\upsilon _(nada x)) =\dfrac(\Delta r_(c x))(\upsilon _(c x)) =\dfrac(\ Delta r_(atas x))(\upsilon _(atas x))$.
4. Perpindahan selama gerakan bujursangkar diarahkan ke arah yang sama dengan kecepatan, sehingga tanda-tanda proyeksi perpindahan dan kecepatan relatif terhadap kerangka acuan yang sama bertepatan.