WinNavigator

Frigate

Norton Commander

WinNC

Dos Navigator

Servant Salamander

Turbo Browser

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Относительность механического движения. Системы отсчета. Относительность движения реферат

Относительность движения » Привет Студент!

Существуют механизмы, также имеющие отношение к восприятию движения. Всякий раз, когда мы видим движение, мозг должен решить, что именно движется и что неподвижно относительно некоторой системы отсчета. Хотя, как мы уже видели, ошибочно думать, что иллюзорное движение обязательно предполагает какое-либо реальное движение, по-прежнему справедливо положение, что любое реальное движение относительно и всякий paз требует решения. Наглядные примеры тому возникают всякий раз, когда мы изменяем свое положение — при ходьбе, езде на машине, в полете. Как правило, мы знаем, что это движение обусловлено нашим собственным перемещением среди окружающих объектов, а не является результатом движения этих объектов, однако это требуется решить. Как и следовало ожидать, иногда это решение ложно, и тогда у пас возникают ошибки восприятия и иллюзии, которые могут быть очень серьезны, потому что восприятие движения биологически важно для сохранения жизни. Это верно применительно к человеку, живущему как в условиях современной цивилизации, так и в первобытном обществе. Нельзя игнорировать ошибки восприятия движения при полете или вождении машины.

Большинство исследований, посвященных зрительному восприятию, было проведено с неподвижным наблюдателем; ему часто предлагалось смотреть в ящик, в котором находилась аппаратура, демонстрирующая перед ним мелькающий свет или различного рода картины. Однако реальное восприятие осуществляется во время свободного передвижения наблюдателя в мире, где некоторые из окружающих объектов также находятся в движении. Исследование восприятия в реальной ситуации сопряжено с серьезными техническими трудностями, однако попытки такого рода весьма ценны, даже если они связаны с использованием сравнительно сложной аппаратуры. Результаты таких исследований могут иметь большое значение не только для вождения машины или самолета, но и для космических полетов. Весьма важный вопрос заключает

ся в том, насколько можно доверять наблюдениям человека, совершившего посадку на Луну, если весь его предварительный опыт зрительного восприятия ограничен земными условиями. В необычных условиях космоса предметы могут быть освещены странным образом, что может привести к нарушению восприятия величины и расстояния. Как мы еще увидим, восприятие величины, расстояния и скорости не отделимо друг от друга, a сложным образом (связано одно с другим, так что ошибки в восприятии одного из них могут быть причиной неожиданных ошибок в восприятии другого.

Как мы уже знаем, всегда требуется решить, что же именно движется. Если наблюдатель идет пешком или бежит, вопросов на этот счет не возникает, так как он получает большое количество информации от своих ног, сообщающих ему о его движении относительно земли. Однако, если он едет на машине или летит в самолете, ситуация значительно усложняется. Когда его ноги отрываются от земли, основным источником информации остаются глаза, исключая моменты ускорения или замедления движения, когда органы равновесия, расположенные в среднем ухе, дают некоторую, хотя часто и ошибочную, информацию.

Феномен, известный под названием «индуцированное движение», очень основательно изучался гештальт психологом Дункером. Он является автором нескольких красивых опытов, которые показывают, что в тех случаях, когда мы судим о движении только на основании зрительной информации, мы склонны воспринимать большие предметы как неподвижные, а меньшие — как движущиеся. Яркая демонстрация этого факта может быть получена с помощью светового пятна, расположенного на экране. Если экран перемещается, то наблюдателю кажется, что движется не экран, а световое пятно внутри него, хотя в действительности оно неподвижно. Следует отметить, что в данном случае фактически имеется лишь зрительная информация — поскольку по сетчатке движется изображение экрана, а не световое пятно, — однако эта информация не всегда достаточна, чтобы решить вопрос, что же движется. (Этот факт имеет отношение к обсуждавшемуся выше вопросу о том, почему мир не кажется всегда нестабильным подобно блуждающему свету.)

Очевидно, поскольку обычно движутся более мелкие предметы, мозг всегда делает наилучший выбор и склонен считать, что движутся именно маленькие, a не большие предметы, если па этот счет возникает сомнение. При вождении машины может возникнуть ложное представление о том, что же движется: свой ли тормоз перестал работать или же машина впереди движется назад?

Кажущееся движение и расстояние

Когда мы смотрим на Луну или звезды во время езды на машине, нам кажется, что они движутся вместе с нами, но несколько медленнее. При скорости около 100 км в час кажется, что Луна движется со скоростью 8— 16 км в час. Мы видим, что она движется медленнее нас, однако она продолжает находиться рядом с нами, никогда не оказываясь позади. Это удивительное явление.

Луна находится так далеко, что мы можем считать это расстояние бесконечным. Когда машина движется, угол, под которым видна Луна из машины, остается практически неизменным, он не изменяется, хотя мы движемся относительно Луны. Однако нам кажется, что Луна находится на расстоянии всего нескольких сот метров. Мы заключаем об этом на основании ее видимой величины. Она видна под углом ½о но, как нам кажется, по размерам соответствует объекту, который виден под таким же углом и находится в нескольких сотнях метров от нас. Теперь представим себе для сравнения, что некий объект находится в нескольких сотнях метров от нас и он кажется точно такой же величины, как и Луна. Если мы поедем мимо него мы быстро его обгоним. Но Луну нельзя обогнать, потому что она фактически очень отдалена от нас; и единственный способ для перцептивной системы совместить эти факты — это интерпретировать Луну как некий объект, движущийся параллельно с машиной. Видимая скорость движения Луны определяется кажущейся удаленностью ее от нас. (Если рассматривать Луны через специальные призмы, вызывающие конвергенцию глаз, вследствие чего расстояние до Луны будет казаться то большим, то меньшим, видимая скорость движения Луны также будет изменяться.)

Сходный эффект будет наблюдаться при стереоскопической проекции диапозитивов волшебного фонаря. Если проецируемое изображение обладает глубиной, что достигается с помощью перекрестных проекторов, то кажется, что оно поворачивается, следуя за движением наблюдателя. Так, стереоскопическое изображение коридора поворачивается таким образом, что передний план изображения движется вместе с наблюдателем, изображение как будто преследует его. Этот эффект вызывает неприятное ощущение и даже тошноту. Если конвергенция глаз увеличивается, то все изображение и его передний и задний план перемещаются но экрану каждый раз, когда наблюдатель движется. Этот эффект прямо связан с явлениями конвергенции и диспаратности изображений, однако, он еще не ясен во всех деталях, и, видимо, следует продолжить его изучение.

Стереопроекция представляет в этом отношении особый интерес, потому что наблюдаемые объекты в действительности расположены на плоскости экрана в двух измерениях, хотя и воспринимаются нами мак трехмерные; таким образом, мы имеем здесь сходную ситуацию с движением наблюдателя при неизменном параллаксе. В обычных условиях, когда мы двигаемся в какую-нибудь сторону, скажем, направо, ближайшие к нам предметы перемещаются налево. Действительно, мир поворачивается вокруг точки фиксации глаз в направлении, противоположном нашему движению. Но когда мы смотрим на изображения при стереопроекции, происходит прямо противоположное; нам кажется, что, когда мы движемся, оно поворачивается в том же направлении, причем точка поворота определяется конвергенцией глаз. Это происходит помимо воли наблюдателя и связано с разделением двух стереоизображений на экране. (Сделайте стереопроектор, этот эффект стоит того, чтобы его увидеть.)

Когда наблюдатель перемещается, не чувствуя ногами земли, он переключается на зрение, чтобы узнать, движется ли он, и оценить свою скорость. Когда летишь высоко на самолете, то движение почти или совсем не ощущается, но при посадке и взлете мы не знаем, то ли мы движемся, то ли это земля мчится нам навстречу. Иллюзии и ошибки в этой ситуации часты и драматичны. Их так много, что пилот должен научиться в значительной мере обходиться без показаний своих органов чувств и переключиться на показания аппаратуры.

Эта ситуация аналогична той, при которой возникает индуцированное движение. Мы делаем лучший выбор на основании очень небольшой информации. В обычных условиях основной информацией о движении является информация, поступающая от сетчатки, — в особенности от ее периферии — при упорядоченном движении по ней изображения объекта. Если, например, вращающаяся спираль, подобная той, которая изображена на рисунке, снята на пленку и показывается крупным планом на экране кино, то нам кажется, что мы приближаемся или отдаляемся от нее, а не видим ее расширяющейся или сокращающейся, как это происходит, если изображение этой спирали занимает только часть сетчатки. Однако не так часто изображение упорядоченного движения занимает всю сетчатку, за исключением тех случаев, когда это происходит за счет движения глаз. Именно в таких случаях и требуется принять правильное решение. Благодаря этому механизму и возникает эффект кино.

Используемая литература: Р. Л. Грегори Глаз и мозг: Л.Р. Грегори под ред. Э. Пчелкина, С. Елинсон.-м. 1970 г.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

privetstudent.com

Реферат Относительное движение

скачать

Реферат на тему:

План:

1 Геометрия задачи
2 Классическая механика
- 2.1 Кинематика сложного движения точки
  - 2.1.1 Путь
  - 2.1.2 Скорость
  - 2.1.3 Ускорение
- 2.2 Кинематика сложного движения тела
- 2.3 Динамика сложного движения точки
3 Релятивистская механика
- 3.1 Скорость
- 3.2 Неинерциальные СО

Введение

В физике, при рассмотрении нескольких систем отсчёта (СО) возникает понятие сложного движения — когда материальная точка движется относительно какой-либо системы отсчёта, а та, в свою очередь, движется относительно другой системы отсчёта. При этом возникает вопрос о связи движений точки в этих двух системах отсчета (далее СО).

1. Геометрия задачи

Рис.1 Материальная точка в двух СО [1].

Обычно выбирают одну из СО за базовую («абсолютную», «лабораторную», «неподвижную», "СО неподвижного наблюдателя, «первую», «нештрихованную» и т. п.), другую называют «подвижной» («СО подвижного наблюдателя», «штрихованную» «вторую» и т. п.) и вводят следующие термины:

абсолютное движение — это движение точки/тела в базовой СО.
относительное движение — это движение точки/тела относительно подвижной системы отсчёта.
переносное движение — это движение второй СО относительно первой.

[2] Также вводятся понятия соответствующих скоростей и ускорений. Например, переносная скорость — это скорость точки, обусловленная движением подвижной системы отсчёта относительно абсолютной. Другими словами, это скорость точки подвижной системы отсчёта, в данный момент времени совпадающей с материальной точкой.

С точки зрения только чистой кинематики (задачи пересчета кинематических величин — координат, скоростей, ускорений — от одной системы отсчета к другой), являющейся в сущности предметом просто математического анализа, не имеет значения, является ли какая-то из систем отсчета инерциальной или нет; это никак не сказывается на формулах преобразования кинематических величин при переходе от одной системы отсчета к другой (то есть эти формулы можно применять и для перехода от одной произвольной неинерциальной вращающейся системы отсчета к другой).

Однако для динамики инерциальные системы отсчета (или, для практики, системы отсчета, которые можно в достаточно хорошем приближении считать инерциальными) имеют выделенное значение: в них динамические уравнения имеют гораздо более простую запись и обычно (именно поэтому) формулируются изначально именно для инерциальных систем отсчета. Поэтому особенно важны случаи перехода от инерциальной системы отсчета к другой инерциальной, а также от инерциальной к неинерциальной и обратно; последнее позволяет кроме прочего получить при желании и динамические уравнения в виде, верном для неинерциальной системы отсчета, исходя из их простой (изначальной) формулировки, сделанной для инерциальных систем отсчета.

В дальнейшем изложении, по умолчанию, для тех случаев, когда это существенно, базовая СО предполагается инерциальной, а на подвижную никаких ограничений не накладывается.

2. Классическая механика

2.1. Кинематика сложного движения точки

2.1.1. Путь

Представлен изменением радиуса вектора, рассматриваемого в виде суммы векторов переносного и относительного движений

$\vec r = \vec R + \vec {r'}$ (1)

2.1.2. Скорость

Основные задачи кинематики сложного движения заключаются в установлении зависимостей между кинематическими характеристиками абсолютного и относительного движений точки (или тела) и характеристиками движения подвижной системы отсчета, то есть переносного движения. Для точки эти зависимости являются следующими: абсолютная скорость точки равна геометрической сумме относительной и переносной скоростей, то есть:

$\vec V_r = \vec V_R + \vec V _{r^ \prime}$

или

$\frac{d\vec r}{dt} = \frac{d(\vec R + \vec {r'})}{dt} = \frac{d\vec R}{dt} + \frac{d\vec{r'}}{dt}$ .

2.1.3. Ускорение

Связь ускорений можно найти путём дифференцирования связи для скоростей, не забывая, что координатные векторы подвижной системы координат также могут зависеть от времени.

Положение материального тела в условно неподвижной и инерциальной системе задаётся здесь вектором $\vec r$ , а в неинерциальной системе — вектором $\vec r'$ . Положение начала координат второй системы отсчета в первой системе отсчета определяется вектором $\vec R$ . Угловая скорость вращения неинерциальной системы отсчета относительно инерциальной задаётся вектором $\vec\omega$ . Линейная скорость тела по отношению к неинерциальной (вращающейся) системе отсчета задаётся вектором $\vec {v'} \equiv \vec {V}_r' \equiv d\vec {r'}/dt$ .

Тогда ускорение $\vec {a_r} \equiv d^2\vec r/dt^2$ в инерциальной системе отсчета будет равно сумме:

$\vec a_r = \vec{a}_{r'} + \frac{d^2 \vec {R} }{dt^2} \ \ + \ \ \frac{d \vec \omega}{dt}\times \vec {r'} \ \ + \ \ {2\ \vec \omega \times \vec {v'}} \ \ + \ \ \vec\omega \times \left[ \vec\omega \times \vec {r'} \right]$

Здесь первый член — ускорение точки относительно второй системы отсчета,

второй член — переносное ускорение второй системы относительно первой,

третий член — ускорение, возникающее из-за неравномерности вращения второй системы,

четвертый член есть Кориолисово ускорение, порождаемое вращением второй системы отсчета как таковым.

Последний член представляет собой вектор, направленный в противоположную сторону от составляющей $\vec{r^\prime_n}$ вектора $\vec{r^\prime}$ , перпендикулярной $\vec \omega$ (что можно получить, раскрывая двойное векторное произведение, когда получаем, что этот член равен $- \vec{r^\prime_n}\omega^2$ ) и потому представляет собой центростремительное ускорение.

2.2. Кинематика сложного движения тела

Рис.2 Траектории одного и того же движения в разных системах отсчёта. Вверху в инерциальной системе дырявое ведро с краской несут на колосниках по прямой над поворачивающейся театральной сценой. Внизу в неинерциальной (след от краски для стоящего на сцене наблюдателя)

Кинематика движения, основанная на анализе траектории движущегося тела в общем случае не даёт полной информации для классификации этих движений. Так, движение по прямой в неинерциальной системе отсчёта может быть криволинейным (и, следовательно, обусловленным действующими на тело силами) в инерциальной СО. И, наоборот, прямолинейное в инерциальной СО может быть криволинейным (См. Рис.2) в не инерциальной, и, следовательно, провоцировать представление о якобы действующих на тело силах.

Согласно Первому закону Ньютона все виды движений при их рассмотрении в инерциальной системе координат могут быть отнесены к одной из двух категорий. А именно — к категории прямолинейных и равномерных (то есть имеющих постоянную скорость) движений, возможных исключительно при отсутствии нескомпенсированных сил, действующих на тело.

Рис.3 Сложное поступательное движение тела в трёхмерном пространстве

Нередко встречающееся, даже в справочной литературе[2] , отнесение этого вида движений к категории поступательных движений противоречит определению понятия «Поступательное движение», поскольку движение, имеющее классификационный признак поступательного, в инерциальной системе может происходить по любой траектории, но не обязательно исключительно по прямой (См. Рис.3).

К другой категории относятся все остальные виды движений.

Для твёрдого тела, когда все составные (то есть относительные и переносные) движения являются поступательными, абсолютное движение также является поступательным со скоростью, равной геометрической сумме скоростей составных движений. Если составные движения тела являются вращательными вокруг осей, пересекающихся в одной точке (как, например, у гироскопа), то результирующее движение также является вращательным вокруг этой точки с мгновенной угловой скоростью, равной геометрической сумме угловых скоростей составных движений. В общем случае движение будет слагаться из серии мгновенных винтовых движений.

Рассчитать взаимосвязь скоростей разных точек твёрдого тела в разных системах отсчёта можно с помощью комбинирования формулы сложения скоростей и формулы Эйлера для связи скоростей точек твёрдого тела. Связь ускорений находится простым дифференцированием полученного векторного равенства по времени.

2.3. Динамика сложного движения точки

Рис.4 Реальное ослабление напряжённости гравитационного поля земли g < g0 под действием фиктивной силы инерции (центробежной силы), создающей ускорение a. Чертёж относится к неинерциальной СО, связанной с поверхностью вращающейся Земли. (Picture by [3], [4])

Концепция Ньютона о пропорциональности получаемого телом ускорения под действием любой силы силы выполняется всегда. Альтернатив этой концепции в классическом разделе материалистической физике нет. Однако, при рассмотрении движений в неинерциальной системе отсчёта, наряду с силами, происхождение которых можно проследить, как результата взаимодействия с другими телами и полями, невозможно не учитывать и силы инерции, имеющие место в системе отсчёта вследствие её не инерциальности. Нередко эти силы называют фиктивными не по причине их отсутствия в действительности, но по причине их происхождения. [5]

Однако, по Ньютону все силы проявляют себя одинаково (механически) и их происхождение в формулировке законов никак не отражено.[6]

Примером вполне реальной фиктивной силы инерции является широтный эффект ослабления силы тяжести по мере приближения к экватору, который отражается, например, на замедлении хода маятниковых часов.(Рис.3)

Сила Кориолиса, вызывающая неодинаковость размыва берегов рек, текущих в меридианальном направлении, также есть фиктивная сила инерции [7]

3. Релятивистская механика

3.1. Скорость

При скоростях, близких к скорости света, преобразования Галилея не являются точно инвариантными и классическая формула сложения скоростей перестаёт выполняться. Вместо этого, инвариантными являются преобразования Лоренца, а связь скоростей в двух инерциальных СО получается следующей: $v_x' = \frac{v_x - u}{1-(v_x u)/c^2}, v_y' = \frac{v_y \sqrt{1-\frac{u^2}{c^2}}}{1-(v_x u)/c^2}, v_z' = \frac{v_z \sqrt{1-\frac{u^2}{c^2}}}{1-(v_x u)/c^2},$

в предположении, что скорость $\vec u$ направлена вдоль оси х системы S. Легко убедиться, что в пределе нерелятивистских скоростей преобразования Лоренца сводятся к преобразованиям Галилея.

Однако вводится величина — быстрота — которая аддитивна при переходе от одной СО к другой.

3.2. Неинерциальные СО

Связь скоростей и ускорений в системах отсчёта, движущихся друг относительно друга ускоренно, является значительно более сложной и определяется локальными свойствами пространства в рассматриваемых точках (зависит от производной тензора Римана).

Литература

Н. Г. Четаев. «Теоретическая механика». М.: Наука. 1987. 368 с.

Бронштейн Илья Николаевич и Семендяев Константин Адольфович. Справочник по математике. М.: Издательство «Наука». Редакция справочной физико-математической литературы.,1964 г., 608 стр.с ил. Стр.216 и далее.
↑ 12 Физический энциклопедический словарь/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич,А. С. Боровик-Романов и др. -М.: Сов.энциклопедия, 1983.-323 с.,ил, 2 л.цв.ил.
Klaus Lüders, Gerhard von Oppen. Lehrbuch der Experimentalphysic. Band I. 12 völlig bearbeitete Auflage. Walter de Gruyter. Berlin. New York. 2008. ISBN 978-3-11-019311-4, page 108
Китайгородский А. И. Введение в физику. М:Изд.-во «Наука», гл.ред.физико-математической литературы.1973.
Хайкин, Семён Эммануилович|С. Э. Хайкин. Силы инерции и невесомость. М.,1967 г. Издательство «Наука».Главная редакция физико-математической литературы.
Просто надо учитывать все силы, действующие на тело, независимо от системы отсчёта, и проблем не будет. Существование искусственного вычислительного приёма, основанного на введении действительно не существующих фиктивных сил при изучении движения, обусловленного реально несуществующими абсолютно жёсткими связями в данной Лагранжем формулировке принципа Даламбера, не является убедительным аргументом для прекращения пользования ремнями безопасности на транспорте
И её отнесение к категории фиктивных (в смысле введённых формально для выполнения неких расчётов) следует отнести к числу не поддающихся удалению предрассудков.

wreferat.baza-referat.ru

Относительность механического движения. Системы отсчета

Раздел 1. Механика

Механическое движение — это изменение положения тел в пространстве относительно друг друга с течением времени.Механическое движение может быть прямолинейным или криволинейным, равномерным или неравномерным.

Материальная точка — это тело, размеры и форму которого при решении задачи можно не учитывать. Условия, при выполнении которых тело можно считать материальной точкой: 1. если его размеры малы по сравнению с расстоянием, которое оно проходит. 2. если оно движется поступательно. Что такое поступательное движение? Тело движется поступательно, если все его точки движутся одинаково.Тело движется поступательно, если прямая, проведенная через две точки этого тела, … при его перемещении смещается параллельно своему первоначальному положению.

Система отсчета (СО)

Тело отсчета, связанная с ним система координат и часы для отсчета времени движения образуют систему отсчета.Тело отсчета — это тело, относительно которого определяется положение других (движущихся) тел.

Относительность движения

Человек идет по вагону против движения поезда (рис. 1). Скорость поезда относительно поверхности земли равна 20 м/с, а скорость человека относительно вагона равна 1 м/с. Определите, с какой скоростью и в каком направлении движется человек относительно поверхности земли.

Будем рассуждать так. Если бы человек не шел по вагону, то он переместился бы вместе с поездом на расстояние, равное 20 м. Но за это же время он прошел расстояние, равное 1 м, против хода поезда. Поэтому за время, равное 1 с, он сместился относительно поверхности земли только на 19 м в направлении движения поезда. Значит, скорость человека относительно поверхности земли равна 19 м/с и направлена в ту же сторону, что и скорость поезда. Таким образом, в системе отсчета, связанной с поездом, человек движется со скоростью 1 м/с, а в системе отсчета, связанной с каким-либо телом на поверхности земли, — со скоростью 19 м/с, причем направлены эти скорости в противоположные стороны. Мы видим, что скорость относительна, т. е. скорость одного и того же тела в разных системах отсчета может быть различной как по числовому значению, так и по направлению.

Теперь обратимся к другому примеру. Представьте вертолет, вертикально опускающийся на землю. Относительно вертолета любая точки винта, например точка А(рис. 2), будет все время двигаться по окружности, которая на рисунке изображена сплошной линией. Для наблюдателя, находящегося на земле, та же самая точка будет двигаться по винтовой траектории (штриховая линия). Из этого примера ясно, что траектория движения тоже относительна,т. е. траектория движения одного и того же тела может быть различной в разных системах отсчета.

Отсюда следует, что и путь является величиной относительной,ведь путь — это сумма длин всех участков траектории, пройденных телом за рассматриваемый промежуток времени. Это особенно наглядно проявляется в тех случаях, когда физическое тело движется в одной системе отсчета и покоится в другой. Например, человек, сидящий в движущемся поезде, проходит определенный путь s в системе, связанной с Землей, а в системе отсчета, связанной с поездом, его путь равен нулю.

Таким образом, относительностьдвижения,проявляется в том, что скорость, траектория, путь инекоторые другие характеристики движения относительны, т. е. они могут быть различны в разных системах отсчета.

Относительность механического движения.
1. Механическое движение можно наблюдать только относительно других тел. Обнаружить изменение положения тела, если не с чем сравнивать невозможно. 2. В различных системах отсчета физические величины (скорость, ускорение, перемещение и т.д.), характеризующие движение одного и того же тела, могут быть различными. 3. Характер движения, траектория движения и т.п. различны в разных системах отсчета для одного и того же тела.
Пусть две СО движутся друг относительно друга с постоянной скоростью. Положение точки А в неподвижной системе К задано вектором , а в движущейся системе К1 — вектором . Из чертежа видим, что . Это уравнение позволяет переходить из одной СО в другую. При этом мы считаем, что время течет в обеих СО одинаково. Будем условно называть систему К неподвижной, а систему К1 — движущейся.
Тогда для случая, когда координатыy и z не меняются, получим: — преобразования Галилея.
Из этих уравнений следует: — расстояние между двумя точками абсолютно, т.е. не зависит от выбора СО. Пусть в неподвижной СО координаты точекx и x’, а в подвижной соответственно x1 и x1‘. Тогда ; Разделим правую и левую часть уравнения на промежуток времени, в течение которого шло перемещение. Получим: —закон сложения скоростей.Здесь скорость точки относительно неподвижной СО равна векторной сумме скорости точки относительно подвижной СО и скорости самой подвижной СО относительно неподвижной.
Скорость подвижной СО относительно неподвижной наз. переносной скоростью.
При решении задач часто бывает удобно принимать одно из движущихся относительно Земли тел за неподвижное. Тогда скорость Земли в этой СО будет равна по величине и противоположна по направлению скорости данного тела.
Если скоростиv1 и u сонаправлены, то их проекции складываются, если противоположно направлены (тела удаляются) – вычитаются. Если скорости направлены под прямым углом — если угол произвольный, то необходимо пользоваться теоремой косинусов: .
Эти выводы справедливы для скоростей много меньших скорости света в вакууме (3.108м/с).

4. Характеристики механического движения: скорость, ускорение, перемещение

Равномерное движение – это движение с постоянной скоростью, то есть когда скорость не изменяется (v = const) и ускорения или замедления не происходит (а = 0).

Прямолинейное движение – это движение по прямой линии, то есть траектория прямолинейного движения – это прямая линия.

Равномерное прямолинейное движение – это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения. Например, если мы разобьём какой-то временной интервал на отрезки по одной секунде, то при равномерном движении тело будет перемещаться на одинаковое расстояние за каждый из этих отрезков времени.

Скорость равномерного прямолинейного движения не зависит от времени и в каждой точке траектории направлена также, как и перемещение тела. То есть вектор перемещения совпадает по направлению с вектором скорости. При этом средняя скорость за любой промежуток времени равна мгновенной скорости:

vcp = v

Скорость равномерного прямолинейного движения – это физическая векторная величина, равная отношению перемещения тела за любой промежуток времени к значению этого промежутка t:

= / t

Таким образом, скорость равномерного прямолинейного движения показывает, какое перемещение совершает материальная точка за единицу времени.

Перемещение при равномерном прямолинейном движении определяется формулой:

= • t

Пройденный путь при прямолинейном движении равен модулю перемещения. Если положительное направление оси ОХ совпадает с направлением движения, то проекция скорости на ось ОХ равна величине скорости и положительна:

vx = v,

refac.ru

Механическое движение

См. также Книги и учебники по физике.

Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел.

Например, автомобиль движется по дороге. В автомобиле находятся люди. Люди движутся вместе с автомобилем по дороге. То есть люди перемещаются в пространстве относительно дороги. Но относительно самого автомобиля люди не движутся. В этом проявляется относительность механического движения. Далее кратко рассмотрим основные виды механического движения.

Поступательное движение – это движение тела, при котором все его точки движутся одинаково.

Например, всё тот же автомобиль совершает по дороге поступательное движение. Точнее, поступательное движение совершает только кузов автомобиля, в то время как его колёса совершают вращательное движение.

Вращательное движение – это движение тела вокруг некоторой оси. При таком движении все точки тела совершают движение по окружностям, центром которых является эта ось.

Упоминавшиеся нами колёса совершают вращательное движение вокруг своих осей, и в то же время колёса совершают поступательное движение вместе с кузовом автомобиля. То есть относительно оси колесо совершает вращательное движение, а относительно дороги – поступательное.

Колебательное движение – это периодическое движение, которое совершается поочерёдно в двух противоположных направлениях.

Например, колебательное движение совершает маятник в часах.

Поступательное и вращательное движения – самые простые виды механического движения.

Относительность механического движения

Все тела во Вселенной движутся, поэтому не существует тел, которые находятся в абсолютном покое. По той же причине определить движется тело или нет, можно только относительно какого-либо другого тела.

Например, автомобиль движется по дороге. Дорога находится на планете Земля. Дорога неподвижна. Поэтому можно измерить скорость автомобиля относительно неподвижной дороги. Но дорога неподвижна относительно Земли. Однако сама Земля вращается вокруг Солнца. Следовательно, дорога вместе с автомобилем также вращается вокруг Солнца. Следовательно, автомобиль совершает не только поступательное движение, но и вращательное (относительно Солнца). А вот относительно Земли автомобиль совершает только поступательное движение. В этом проявляется относительность механического движения.

Относительность механического движения – это зависимость траектории движения тела, пройденного пути, перемещения и скорости от выбора системы отсчёта.

Материальная точка

Во многих случаях размером тела можно пренебречь, так как размеры этого тела малы по сравнению с расстоянием, которое походит это тело, или по сравнению с расстоянием между этим телом и другими телами. Такое тело для упрощения расчетов условно можно считать материальной точкой, имеющей массу этого тела.

Материальная точка – это тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.

Многократно упоминавшийся нами автомобиль можно принять за материальную точку относительно Земли. Но если человек перемещается внутри этого автомобиля, то пренебрегать размерами автомобиля уже нельзя.

Как правило, решая задачи по физике, рассматривают движение тела как движение материальной точки, и оперируют такими понятиями, как скорость материальной точки, ускорение материальной точки, импульс материальной точки, инерция материальной точки и т.п.

Система отсчёта

Материальная точка движется относительно других тел. Тело, по отношению к которому рассматривается данное механическое движение, называется телом отсчёта. Тело отсчёта выбирают произвольно в зависимости от решаемых задач.

С телом отсчёта связывается система координат, которая представляет из себя точку отсчёта (начало координат). Система координат имеет 1, 2 или 3 оси в зависимости от условий движения. Положение точки на линии (1 ось), плоскости (2 оси) или в пространстве (3 оси) определяют соответственно одной, двумя или тремя координатами. Для определения положения тела в пространстве в любой момент времени также необходимо задать начало отсчёта времени.

Система отсчёта – это система координат, тело отсчета, с которым связана система координат, и прибор для измерения времени. Относительно системы отсчёта и рассматривается движение тела. У одного и того же тела относительно разных тел отсчёта в разных системах координат могут быть совершенно различные координаты.

Траектория движения также зависит от выбора системы отсчёта.

Виды систем отсчёта могут быть различными, например, неподвижная система отсчёта, подвижная система отсчёта, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта.

av-physics.narod.ru

Относительность движения. Видеоурок. Физика 10 Класс

Механическим движением называют изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени. В этом определении ключевой является фраза «относительно других тел». Каждый из нас относительно какой-либо поверхности неподвижен, но относительно Солнца мы совершаем вместе со всей Землей орбитальное движение со скоростью 30 км/с, то есть движение зависит от системы отсчета.

Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом, относительно которого изучается движение. Например, описывая движения пассажиров в салоне автомобиля, систему отсчета можно связать с придорожным кафе, а можно с салоном автомобиля или с движущимся встречным автомобилем, если мы оцениваем время обгона (Рис. 1).

Выбор системы отсчета

Рис. 1. Выбор системы отсчета (Источник)

Какие же физические величины и понятия зависят от выбора системы отсчета? Это:

1. Положение или координаты тела.

2. Траектория.

3. Перемещение и путь.

4. Скорость.

Зависимость характеристик движения от выбора системы отсчета называется относительностью движения.

В истории человечества были и драматические случаи, связанные как раз с выбором системы отсчета. Казнь Джордано Бруно, отречение Галилео Галилея – все это следствия борьбы между сторонниками геоцентрической системы отсчета и гелиоцентрической системой отсчета. Уж очень сложно было человечеству привыкнуть к мысли о том, что Земля – это вовсе не центр мироздания, а вполне обычная планета. А движение можно рассматривать не только относительно Земли, это движение будет абсолютным и относительно Солнца, звезд или любых других тел. Описывать движение небесных тел в системе отсчета, связанной с Солнцем, намного удобнее и проще, это убедительно показали сначала Кеплер, а потом и Ньютон, который на основании рассмотрения движения Луны вокруг Земли вывел свой знаменитый закон всемирного тяготения.

Если мы говорим, что траектория, путь, перемещение и скорость являются относительными, то есть зависят от выбора системы отсчета, то про время мы этого не говорим. В рамках классической, или Ньютоновой, механики время есть величина абсолютная, то есть протекающее во всех системах отсчета одинаково.

Рассмотрим, как находить перемещение и скорость в одной системе отсчета, если они нам известны в другой системе отсчета.

Человек идет по палубе парохода со скоростью относительно парохода. Пароход движется поступательно со скоростью относительно берега. Найдем скорость человека относительно берега (Рис. 2).

Свяжем неподвижную систему отсчета (хОу) с Землей, а подвижную (х’О’у) – с пароходом.

Пример задачи

Рис. 2. Пример задачи (Источник)

Из Рис. 2 видно, что перемещение:

Δ = Δ + Δ ⇒ Δ ≠ Δ,

где Δ – перемещение человека относительно парохода, Δ – перемещение парохода относительно берега, Δ – перемещение человека относительно берега.

Таким образом, если тело одновременно участвует в нескольких движениях, то результирующее перемещение точки равно векторной сумме перемещений, совершаемых ею в каждом из движений. В этом состоит установленный экспериментально принцип независимости движений.

Разделив это уравнение на промежуток времени, за который произошли перемещения человека и парохода, получим закон сложения скоростей:

= +

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна геометрической сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Сегодня мы выяснили, что движение зависит от системы отсчета, что скорость, путь, перемещение и траектория – это понятия относительные. А время в рамках классической механики – понятие абсолютное.

Список литературы

Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика – 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

Дать определение относительности движения.
Какие физические величины зависят от выбора системы отсчета?

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет-портал Class-fizika.narod.ru (Источник).
Интернет-портал Nado5.ru (Источник).
Интернет-портал Fizika.ayp.ru (Источник).

interneturok.ru

Относительность движения. Видеоурок. Физика 9 Класс

Этот урок является переходным. Мы переходим от законов движения, кинематики к законам динамики. К вопросам, когда мы должны рассматривать движение тел не только с точки зрения характеристик движения, но и с точки зрения того, в результате каких действий будет это движение происходить, т. е. почему оно происходит, что или кто заставляет двигаться тело.

Первые сведения об относительности движения относятся к XVI и началу XVII века. В первую очередь они связаны с именами таких ученых, как Галилео Галилей, Рене Декарт и Леонардо да Винчи (рис. 1).

Рис. 1. Первые ученые, которые занимались относительностью движения

Высказывание Галилея по поводу относительности движения представляет, наверное, наибольший интерес, поскольку он впервые предложил хороший мысленный опыт, подтверждающий понятие относительного покоя и относительного движения. Что это был за опыт?

Если вы опуститесь в трюм какого-либо корабля, вы не сможете определить, движется корабль или стоит на месте, если он будет двигаться прямолинейно, медленно, без каких-либо толчков и качаний (рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация к опыту Галилея

В первую очередь нужно сказать, что относительность механического движения связана с выбранной системой отсчета. Траектория, пройденный телом путь будут зависеть от того, какова система отсчета. Также можно говорить о том, что относительной является скорость движения тела.

Проведем эксперимент. Воспользуемся линейкой, обыкновенной классной доской и куском мела. Кусок мела в данном случае будет изображать движущееся тело. Итак, одну систему отсчета мы связываем с линейкой, т. е. линейка – это ось Х, вдоль которой будет двигаться тело. Вторая система отсчета будет связана с доской.

Можно отметить, что мел движется вдоль линейки прямолинейно, стало быть, траектория будет прямая. А когда мы рассматриваем движение – мел в плоскости доски, то траектория будет представлять собой кривую линию (рис. 3).

Рис. 3. Относительность траектории

Говорить о пройденном пути в данном случае проще всего, т. к. пройденный путь – это длина траектории, следовательно, в системе отсчета, связанной с линейкой, пройденный путь будет меньше, чем пройденный путь в плоскости доски. Как видно из эксперимента, от выбора системы отсчета зависит и траектория движения тела, и пройденный путь.

Для демонстрации относительности скорости проведем эксперимент. Для него потребуется металлический цилиндр (рис. 4). Этот металлический цилиндр будет связан со столом, и поэтому система отсчета (СО) будет связана со столом.

Рис. 4. Оборудование для эксперимента

Вторую СО свяжем с линейкой. Деревянный брусок будем использовать как движущееся тело. Чтобы пронаблюдать относительность скорости, необходимо заставить брусок двигаться. Обратите внимание: движение бруска происходит вдоль линейки относительно выбранных систем отсчета, и можно сказать, что скорость бруска и относительно линейки, и относительно стола будет одинакова. В этом случае скорость равна скорости в одной системе отсчета и скорости в другой системе отсчета (рис. 5).

Рис. 5. Схема эксперимента

Кладем брусок на линейку и начинаем ее двигать. Линейка движется вместе с бруском, значит, скорость бруска относительно линейки равна нулю (рис. 6).

Рис. 6. Относительность скорости

В этой системе отсчета брусок находится в состоянии покоя, а вот относительно стола, о чем говорит нам цилиндр, произошло изменение положения тела. Следовательно, относительно стола брусок движется. Это говорит о том, что в данном случае в одной системе отсчета и в другой системе отсчета скорость была разной.

Чтобы лучше разобраться с относительностью скорости, сделаем еще один, но уже мысленный эксперимент и обратимся к рисунку.

Рис. 7. Схема мысленного эксперимента

Совместим ось Ох с дорогой, по которой движутся три автомобиля. Самая маленькая скорость у первого автомобиля , у второго автомобиля она чуть больше , самая большая скорость у третьего автомобиля – .

Если систему отсчета совместить с первым автомобилем (рис. 8), то мы увидим буквально следующее: от нас удаляются, вперед уезжают и второй автомобиль, и третий.

Рис. 8. СО, связанная с первым автомобилем

Если совместим систему отсчета со вторым автомобилем (рис. 9), мы увидим, что находимся в середине движения и все тела от нас разбегаются, т. е. автомобиль, который обладает скоростью , едет вперед, удаляется от нас, но точно так же и автомобиль со скорость удаляется назад.

Рис. 9. СО, связанная со вторым автомобилем

Обратите внимание: все эти автомобили находятся в движении относительно дороги, но каждый из водителей этих транспортных средств будет наблюдать совершенно разную картину.

Сложение скоростей, или формула Галилея для сложения скоростей

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета (скорость лодки относительно берега) равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета (скорость лодки относительно воды) и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной системы (скорость воды относительно берега)

1-й случай

Когда лодка плывет по течению, скорость лодки , как и скорость реки , совпадает с направлением выбранной нами осью Х. Поэтому проекция на ось Х:

Рис. 10. Иллюстрация к случаю 1

2-й случай

Когда лодка плывет против течения, скорость лодки направлена против направления оси X. Относительно берега лодка будет плыть против течения. Значит и берутся со знаком минус. Скорость реки направлена в ту же сторону, что и ось X, поэтому в проекции на ось X положительна:

Умножив обе части уравнения на (-1), получим, что лодка относительно берега движется против течения со скоростью

Рис. 11. Иллюстрация к случаю 2

Заключение

Сегодня на уроке мы рассмотрели относительность движения с разных сторон: относительность пути и траектории, относительность скорости. Существует также относительность ускорения, о которой мы будем говорить в старших классах.

Список литературы

Галилей Г. Диалог о двух главнейших системах мира – птолемеевой и коперниковой. ОГИЗ-СССР, 1948.
Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. Библиотечка “Квант”». Вып. 14. – М.: Наука, 1982.
Лебедев В.И. Исторические опыты по физике. – М.: КомКнига, 2007.
Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: учебник для 9 класса средней школы. – М.: Просвещение.
Сборник задач по физике с решениями и ответами. Часть 1. Механика. Для учащихся 9-11 классов, абитуриентов и студентов младших курсов. / Под ред. Долгова А.Н. – МИФИ, 2001.
Слободянюк А.И. Физика 10. Часть 1. Механика. Электричество.
Физика. Механика. 10 класс. / Под ред. Мякишева Г.Я. – М.: Дрофа.
Филатов Е.Н. Физика 9. Часть 1. Кинематика. – ВШМФ: Авангард.

interneturok.ru

Реферат - Тема учебного занятия: «Относительность механического движения»

План учебного занятия по физике в 9 классе

Тема учебного занятия: «Относительность механического движения».

Вид учебного занятия: комбинированный урок с элементами проблемного обучения.

Цели и задачи учебного занятия: Расширить и углубить понятие относительности движения. Учащиеся должны знать: принцип относительности, понятия «геоцентрической» и «гелиоцентрической» систем отсчёта. Учащиеся должны уметь вычислять относительные скорости в простейших задачах на движение., объяснять смену дня и ночи на Земле в гелиоцентрической системе отсчёта.

Объединить изученные законы в систему представлений о причине механического движения, систематизировать известные знания; продолжить формирование умений выделять, описывать явления, сформулировать принцип относительности.

Показать значение опытных фактов и экспериментов в создании теоретических основ классической физики.

Формировать элементы творческого поиска на основе приёмов обобщения, умения развёртывать доказательство на основе данных.

^ Проверка знаний учащихся:

Ребята! Как вы думаете, необходимо ли знать принцип относительности? В каких случаях? (высказывания учащихся)

Что мы знаем об относительности? (беседа с учащимися)

Решить задачи(устно):

1. По параллельным путям движутся поезда. Скорость первого 54 км/ч, второго –

20 м/с. Найти величину их относительной скорости, если они движутся в одну сторону, в разные стороны.

2. По реке плывет лодка и рядом с ней плот. Что легче для гребца:

перегнать плот на 5 м или на столько же отстать от него?

3. Может ли человек, находясь на движущемся эскалаторе, быть в состоянии покоя относительно земли?

4. Плот плывет по течению реки. Каково его движение относительно воды? берега реки?

^ Постановка задачи урока и формулировка темы урока.

Основное содержание урока.

Относительность формы траектории. Относительность перемещения и скорости. Движение и покой. Выбор системы отсчёта. Принцип относительности. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы отсчёта.

Задание: Выяснить - В чём основное отличие геоцентрической и системы от гелиоцентрической?

Геоцентрическая система

Гелиоцентрическая система

Автор теории

Относительно чего рассматривается движение небесных тел?

Что позволяет объяснить?

Преимущества

Вопросы для контроля уровня усвоения учебного материала:

вопросы стр. 38

Упражнение 9 №1, 4.

Ребята, напишите продолжение предложения, которое у вас написано в конце рабочего листа.

Если бы человечество не знало принципа относительности, то………………………….

………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

^ Домашнее задание: §9, упр. 9 №2, 3, 5(по желанию).

Рабочий лист

Тема: «Относительность механического движения».

Что мы знаем об относительности?

Как вы думаете, необходимо ли знать принцип относительности? В каких случаях?

^ Решить задачи(устно):

1. По параллельным путям движутся поезда. Скорость первого 54 км/ч, второго –

20 м/с. Найти величину их относительной скорости, если они движутся в одну сторону, в разные стороны.

2. По реке плывет лодка и рядом с ней плот. Что легче для гребца:

перегнать плот на 5 м или на столько же отстать от него?

3. Может ли человек, находясь на движущемся эскалаторе, быть в состоянии

покоя относительно земли?

Плот плывет по течению реки. Каково его движение относительно воды? берега реки?

^ Рассмотрим вопросы относительности траектории движения, скорости, перемещения. Сформулируем принцип относительности.

Рабочий лист

Тема: «Относительность механического движения».

Что мы знаем об относительности?

Как вы думаете, необходимо ли знать принцип относительности? В каких случаях?

^ Решить задачи(устно):

1. По параллельным путям движутся поезда. Скорость первого 54 км/ч, второго –

20 м/с. Найти величину их относительной скорости, если они движутся в одну сторону, в разные стороны.

2. По реке плывет лодка и рядом с ней плот. Что легче для гребца:

перегнать плот на 5 м или на столько же отстать от него?

3. Может ли человек, находясь на движущемся эскалаторе, быть в состоянии

покоя относительно земли?

Плот плывет по течению реки. Каково его движение относительно воды? берега реки?

Задание: Выяснить - В чём основное отличие геоцентрической и системы от гелиоцентрической?

Геоцентрическая система

Гелиоцентрическая система

Автор теории

Относительно чего рассматривается движение небесных тел?

Что позволяет объяснить?

Преимущества

Ответить на вопросы стр. 38

Решить задачи из упражнения 9 №1, 4.

Если бы человечество не знало принципа относительности, то………………………….

………………………………………………………………………………………………….

^ Домашнее задание: §9, упр. 9 №2, 3, 5(по желанию).

Задание: Выяснить - В чём основное отличие геоцентрической и системы от гелиоцентрической?

Геоцентрическая система

Гелиоцентрическая система

Автор теории

Относительно чего рассматривается движение небесных тел?

Что позволяет объяснить?

Преимущества

Ответить на вопросы стр. 38

Решить задачи из упражнения 9 №1, 4.

Если бы человечество не знало принципа относительности, то………………………….

………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………

Домашнее задание: §9, упр. 9 №2, 3, 5(по желанию).

www.ronl.ru

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..