На прошлых уроках мы видели, что положение тела в пространстве всегда определяется относительно какого-то другого тела — тела отсчёта. Для этого с телом отсчёта связывается система координат и выбирается способ измерения времени.
Так как тело отсчёта мы можем выбирать совершенно произвольно, то положение одного и того же тела можно одновременно рассматривать в разных системах координат.
Например, положение самолёта можно определить, указав, что он находится на высоте 10 километров над уровнем моря. Одновременно с этим мы можем сказать, что он находится на высоте 3 километров от вершины горы. Это значит, что положение самолёта относительно: оно различно относительно различных систем отсчёта.
Но относительно не только положение тела, относительно и его движение. В повседневной жизни мы часто встречаемся с ситуациями, в которых одни тела движутся относительно других движущихся тел. Например, пассажир перемещается по вагону движущегося поезда или катер пересекает реку с быстрым течением.
Наконец наша планета вращается вокруг Солнца, которое, в свою очередь, движется к границе созвездий Геркулеса и Лиры со скоростью 20 км/с. Можно привести ещё много таких примеров. И сегодня мы с вами узнаем, каковы закономерности таких движений?
Для начала проведём такой опыт. Опустим металлический шарик в заполненную сахарным сиропом стеклянную трубку, и будем перемещать трубку относительно школьной доски в горизонтальном направлении, не меняя ориентации трубки. Наблюдая за движением шарика, будем отмечать на доске его положения, например, через каждые 10 секунд.
Назовём систему отсчёта, связанную с доской, неподвижной, а систему отсчёта, связанную с трубкой, — движущейся.
Из проведённого опыта видно, что относительно трубки, то есть движущейся системы отсчёта, шарик совершил некоторое перемещение, которое мы обозначим через s’. Сама же подвижная система отсчёта за это время совершила перемещение s0 относительно доски.
Из полученного рисунка видно, что перемещение шарика относительно неподвижной системы отсчёта, равно векторной сумме перемещений:
Таким образом, на основании проведённого опыта, мы можем утверждать, что перемещение тела относительно неподвижной системы отсчёта равно векторной сумме его перемещения относительно движущейся системы и перемещения движущейся системы отсчёта относительно неподвижной.
В этом состоит установленный экспериментально принцип независимости движений.
Очевидно, что в нём речь идёт о перемещениях, произошедших за один и тот же промежуток времени. Поэтому давайте разделим каждое из перемещений, на него:
Вектор s/t — это скорость шарика относительно неподвижной системы отсчёта (то есть школьной доски). Вектор s’/t — это скорость движения шарика относительно трубки — подвижной системы отсчёта. А вектор s0/t — это скорость, с которой трубка движется относительно школьной доски.
Таким образом получаем, что скорость тела относительно неподвижной системы отсчёта равна векторной сумме его скорости относительно подвижной системы отсчёта и скорости подвижной системы отсчёта относительно неподвижной:
Данное утверждение называется законом сложения скоростей Галилея. Он справедлив не только для равномерного движения, но и для тел, движущихся с ускорением. В этом случае векторы скорости — это мгновенные скорости тел.
Закон сложения скоростей используется при решении многих практически важных задач. Он позволяет, например, найти скорость снаряда, выпущенного из движущегося танка, или скорость самолёта, заходящего на посадку при сильном ветре.
Но следует помнить, что закон сложения скоростей применим только для тел, движущихся со скоростями, во много раз меньшими, чем скорость света.
Мы уже знаем, что траектория движения тела в различных системах отсчёта различна (вспомните опыт с вращающимся диском).
Или вот ещё пример. Вам известно, что, например, точка пропеллера вертолёта, летящего над Землёй, описывает окружность в системе отсчёта, связанной с вертолётом. Но для наблюдателя, находящегося на Земле, эта точка движется по винтовой линии. То есть траектория движения тела относительна. А так как путь — это длина траектории, то он также является величиной относительной.
Таким образом, относительность движения проявляется в том, что скорость, траектория, путь, перемещение и некоторые другие характеристики движения относительны, то есть они различны в разных системах отсчёта.
videouroki.net
Чтобы разобраться в относительности механического движения, зададимся вопросом:
«Мы сейчас, в настоящий момент времени движемся, или находимся в состоянии покоя?»
Ты, конечно же ответишь, что всё зависит от того, что мы делаем.
Просто сидим на месте, или двигаемся куда-нибудь.
Однако это не совсем верно.
Дело в том, что даже когда ты сидишь, стоишь, или лежишь на одном и том же месте —
ты всё равно движешься!
Как это понять? Да всё очень просто. Я предполагаю, что ты сейчас находишься на планете Земля, так вот знай - она движется вокруг Солнца, и таким образом ты движешься вместе с Землёй вокруг Солнца.Магазины и деревья на улице не стоят на месте? Стоя возле них мы же видим, что они никуда не движутся. Так движутся или нет?
Со всем разобраться поможет слово «относительно».
Пример:
Если ты находишься в движущемся вагоне автобуса, то относительно пола того же самого автобуса ты не движешься, а относительно земли ты движешься.
Давайте примем дом за неподвижное тело. Правильно оно называется тело отсчёта. Относительно его стоящие рядом деревья находятся на месте, то есть не движутся. А пролетающие рядом птицы и едущие по дороге автомобили находятся в движении.
Чтобы найти скорость движения одного тела относительно другого необходимо сложить вектора этих скоростей.
Классический закон сложения скоростей говорит:
Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета равна геометрической сумме двух скоростей: скорости тела относительно подвижной системы отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной.
Вспомним, как складываются вектора. Пусть это будут вектора скорости V→1 и V→2Если они направлены в одну сторону, например так.
Для того, чтобы их сложить нужно выстроить их друг за другом.
Это называется сложение векторов по правилу треугольника.
Должно получиться вот так:
В результате сложения таких векторов должен получиться один результирующий.
Покажем его красным цветом. Это вектор V→.
Он получился, когда мы соединили начало первого вектора с концом последнего.
Два вектора V→1 и V→2 сложились и получился один вектор V→. Всё просто.
Бывает, что вектора могут быть направлены в разные стороны. Скажем, вот так:
Будем пробовать их складывать по известному правилу — правилу треугольника.
Выстроим вектора друг за другом. Должно получиться как-то так:
Снова соединим начало первого вектора с концом последнего.
Чтобы было лучше видно, изобразим результирующий вектор красным цветом.
Два вектора V→1 и V→2 сложились и получился один вектор V→.
Может случиться, что вектора лежат не так ровно, а, скажем, под углом 90 градусов друг к другу.
Например:
Перед нами два вектора V→1 и V→2. Как же их сложить?
Снова выстраиваем их друг за другом, чтобы получились стороны треугольника.
Или соединяем начала этих векторов — тогда получится правило параллелограмма.
Правило треугольника нам уже знакомо. Просто соединяем начало первого с концом последнего вектора.
Для сложения по правилу параллелограмма дорисовываем ещё две стороны напротив уже имеющихся двух.
Результат сложения не зависит от выбора по какому правилу складывать — треугольником или параллелограммом.
Должен получиться один и тот же вектор V→. Изобразим его красным.
Теперь можно приступать решать задачи на относительное движение.
Источники:
http://logoped.ru/images/cherer01j.png
http://raskraski.link/
www.yaklass.ru
Только поезд пройдёт вдоль разъезда,
Нам покажется – мы не стоим,
А безмолвно срываемся с места.
Только он промелькнет – обнажится
То же зданьице, поле окрест.
Ю.П. Кузнецов «Отцепленный вагон»
Какой физический принцип иллюстрируют
эти поэтические строки?
Тело может находиться в состоянии покоя относительно одного тела
И
Одновременно в состоянии движения относительно другого тела
Тема урока:
Относительность движения
Учитель физики
МОУ «СОШ № 36» г.Вологды Цыпляева Т.А.
Относительность движения
В системе отсчёта, связанной с Землей, траектория капель – вертикальная линия .
В системе отсчёта, связанной с автобусом, траектория капель – наклонная линия .
С полки движущегося вагона падает яблоко по прямой вертикальной линии относительно пассажира, находящегося в вагоне ( рис. а ). Относительно стоящего на платформе человека траектория того же яблока – кривая линия ( рис. б ).
.
Вертолет вертикально опускается на землю.
Относительно вертолета точка А будет все время двигаться по окружности .
Для наблюдателя та же самая точка будет двигаться по винтовой траектории .
А
ЗАДАЧА
Относительно чего человек в вагоне движется?
Относительно чего человек в вагоне остается в покое?
Найти скорость человека, переходящего по лодке, относительно лодочной станции.
ЗАДАЧА
Лодка – ПСО ; Берег - НСО
S 1 – перемещение ПСО относительно НСО
S 2 – перемещение человека относительно ПСО
S – перемещение человека относительно НСО
=
=
=
Выведем классический закон сложения скоростей
: t
Классический закон сложения скоростей
– скорость человека относительно НСО
– скорость ПСО относительно НСО
– скорость человека относительно ПСО
Домашнее задание: §9 тест «Относительность движения»
multiurok.ru
1. Законы взаимодействия и движения тел
Урок 12/12. Относительность движения
Цели урока: Дать учащимся представление об относительности движения.
Ход урока
Организационный момент.
Анализ контрольной работы №1 "Основы кинематики".
Двое учеников выписывают на доске решения домашних задач.
Изучение нового материала.
Допустим, что человек, неподвижно сидящий на движущейся платформе, наблюдает за арбузом, лежащим на той же платформе. Естественно, что он мысленно свяжет систему отсчета с платформой. Для него (или в системе отсчета, связанной с платформой) арбуз находится в покое.
В это же время человек, находящийся у полотна железной дороги, мысленно связав систему отсчета с землей, увидит, что арбуз движется.
Рассмотренный пример показывает, что одно и тоже тело движется в разных системах отсчета по-разному: в системе отсчета, связанной с платформой, арбуз находится в покое, а относительно системы отсчета, связанной с землей, движется. Поэтому движение относительно.
Ребенок, впервые попавший на берег реки во время ледохода, спросил: «На чем это мы едем?» (Ребенок «выбрал» в качестве тела отсчета плывущую по реке льдину.) Находясь в покое относительно берега, ребенок двигался вместе с берегом относительно «выбранной» им системы отсчета - льдина.
В стихотворении И.А. Бунина «В поезде» есть такие строки: Вот мост железный над рекой Промчался с грохотом под нами ...
- Что писатель-пассажир выбрал за систему отсчета? (Писатель «выбрал» систему отсчета, связанную с поездом. Поэтому поезд условно считается неподвижным. Относительно этой системы отсчета мост в самом деле движется.)
Обратите внимание, в двустишии отмечается также, что не только движение тела, но и его положение относительно: мост расположен под поездом, но над рекой.
Еще один пример относительности движения и покоя. Всем, наверное, известно, как трудно, находясь в вагоне поезда и глядя в окно на проходящий мимо по соседнему пути поезд, выяснить, какой из поездов движется, а какой покоится. Строго говоря, если видеть только соседний вагон и не видеть землю, строения и т.д., то узнать, какой из поездов движется прямолинейно равномерно, а какой - покоится, невозможно. Утверждение пассажиров, что его поезд движется, а другой стоит, будет справедливо для обоих поездов,т.к. движение и покой относительны.
Пример 1
Пловец пересек реку шириной 20 м, выдерживая курс поперек реки (см. рис.). В то же время течение реки его снесло на расстояние 8 м. Каков модуль суммарного перемещения пловца?
(Ответ: модуль суммарного перемещения .)
Пример 2
Пассажир, находящийся в вагоне поезда, проходит по направлению его движения 20 м. Каков модуль перемещения пассажира относительно Земли, если за то же время поезд прошел 200 м? Все движения прямолинейные. А если пассажир идет против поезда? (Ответы: 220 м и 180 м.)
Пример 3
В условиях примера 2 определите, каков модуль перемещения пассажира, поезда и земли в системе отсчета, связанной с пассажиром? (S=0, Sп = 20 м, Sз = 220 мили Sз = 180 м).
Понятия того, что движение одного и того же тела можно рассматривать в разных системах отсчета, сыграло огромную роль в развитии взглядов на строение Вселенной.
Идея о вращении планет вокруг Солнца (гелиоцентризм) возникла еще в Древней Греции (Гераклий Понтийский, Аристарх Самосский...), но в дальнейшем почти на двадцать веков была забыта отчасти из-за противоречивости ощущений и утверждения о движении Земли, отчасти из-за преследований со стороны церкви. Николай Коперник, живший в XVI в., получил отличное образование в университетах Польши и Италии (математика, астрономия, право, языки, медицина). Почти всю свою жизнь он провел в должности каноника Всермийской епархии, занимался устройством самых разнообразных дел, свободное время отдавал астрономии. Титаническая работа, которая сопровождалась наблюдениями и вычислениями продолжалась в течение почти двадцати лет. Книга Коперника «О вращении небесных сфер» вышла в 1543 г. В этом труде земной шар низводился в ранг рядовой планеты, движущейся, как и остальные, по орбите вокруг Солнца и вращающейся вокруг оси. Книгу внесли в «Индекс запрещенных».
III. Решение задач
Задача 1
Эскалатор метро движется со скоростью 0,75 м/с. Найти время, за которое пассажир переместился на 20 м относительно земли, если он сам идет в направлении движения эскалатора со скоростью 0,25 м/с в системе отсчета, связанной с эскалатором. (Ответ: 20 с.)
Задача 2
Два поезда движутся навстречу друг другу со скоростями 72 км/ч и 54 км/ ч. Пассажир, находящийся в первом поезде, замечает, что второй поезд проходит мимо него в течение 14 с. Какова длина второго поезда?
| Дано | СИ | Решение |
| 72 км/ч = 20 м/с 54 км/ч = 15 м/с | Суммарная скорость движения поездов относительно друг друга: | |
| l - ? | Ответ: 490 м. |
Задача 3
Эскалатор метро поднимает неподвижно стоящего на нем пассажира в течение 1 минуты. По неподвижному эскалатору пассажир поднимается за 3 минуты. Сколько времени будет подниматься идущий вверх пассажир по движущемуся эскалатору. (Ответ: 45 с.)
Задача 4
Самолет движется относительно воздуха со скоростью 50 м/с. Скорость ветра относительно земли 15 м/с. Какова скорость самолета относительно земли, если он движется по ветру? Против ветра? Перпендикулярно направлению ветра? (Ответ: v1 = 65 м/с, v2 = 35 м/с, v3 = 52 м/с.)
Домашнее задание
Выучить §9, ответить на вопросы к параграфу;
Упражнение 9;
Решить задачу (для желающих):
Скорость катера перпендикулярна скорости реки vp и относительно берега равна vk1 = 4 м/с. Чему равна скорость реки, если скорость катера относительно воды равна vk2= 5 м/с? (Ответ: vp = 3 м/с.)
multiurok.ru
Тема урока: Относительность движения
Тип занятия: урок изучения нового материала
Вид урока: урок-беседа
Методы изучения: объяснительно-иллюстративный с элементами эвристической беседы
Дидактическая цель продолжить формирование понятия «относительность движения»
Познавательная цель: усвоить, что такое относительность движения, где проявляется и где используется
Задачи
Образовательные
Научить ребят выбирать тело отсчета и систему отсчета.
Выявить с ребятами основные относительные характеристики движения (скорость, траектория, путь).
Показать значимость понятия «относительность движения» в быту и технике.
Развивающие:
Для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения, выделения главного.
Воспитательные:
В целях интернационального воспитания обратить внимание на то, что физика развивается благодаря работам ученых всех стран и все времен (Птолемей, Коперник)
Для обеспечения политехнического воспитания на конкретных примерах убедить учащихся в практической значимости учета относительности движения в быту и технике.
Оборудование: компьютер; проектор; экран
Содержание урока
Название этапа
Деятельность учителя
Деятельность ученика
Организационные формы
Время
Организационный момент
мобилизация детей на учебную работу
Продемонстрировать готовность к уроку
Коллективная (Фронтальная)
Актуализация
Учитель рассказывает и задает вопросы
Ребята слушают рассказ и отвечают на вопросы
Фронтальная
Мотивация
Учитель рассказывает, задает вопросы.
Ребята слушают, решают задачу, отвечают на вопросы
Фронтальная
Новый материал
Учитель рассказывает, задает вопросы, проводит опыт.
Ребята слушают, отвечают на вопросы, приводят примеры, выводят формулы.
Фронтальные
Первичное закрепление усвоенного материала
Учитель дает задание, объясняет, как его выполнять
Ребята выполняют задание, анализируют свои ошибки
Фронтальная
Этап рефлексии
Учитель задает вопросы
Ребята отвечают на вопросы, сравнивают ответы, делают выводы из ответов
Фронтальная
Домашнее задание
Объясняет домашнее задание
Ребята записывают домашнее задание, задают вопросы по домашнему заданию
Фронтальная
Ход урока
Учитель: На прошлых уроках мы изучали раздел физики «кинематика». Мы говорили о движении, о его характеристиках (скорость, перемещение, ускорение и т.д.), но не задумывались о причинах этого движения. Сегодня у нас с вами будет урок-мостик, соединяющий два раздела физики кинематику и динамику.
Я думаю, вы сможете справиться со следующей задачей: Две машины едут друг за другом равномерно прямолинейно. Вторая машина движется со скоростью 6 м/с. Первая машина проходит 100 м за 10 с. Определить скорость первой машины?
Ученик: Скорость первой машины 10 м/c.
Учитель: А в задаче дан ответ 4 м/c. Что же мы не учли при решении этой задачи?
Ученик: затрудняется ответить
Учитель: Относительно чего первая машина движется со скоростью 10 м/c?
Ученик: относительно земли, а относительно второй машины скорость будет 4 м/c.
Учитель: Здесь было сказано ключевое слово, какое?
Ученик: Относительность
Учитель: Совершенно верно. А где вы уже встречались с этим понятием?
Ученик: Мы встречались с этим понятием, когда говорили об относительности механического состояния (покой или движение)
Учитель: Совершенно верно.
Тема нашего урока « Относительность движения»
Учитель: Я предлагаю вам проделать следующий опыт: на учебник положим пенал и начнем двигать учебник вдоль стола. Что мы можем сказать о движении пенала (движется или покоится)?
Ученик: пенал движется относительно стола и покоится относительно учебника.
Учитель: Рассмотрим следующие примеры:
Лодка плывет по течению реки. Что можно сказать о движении лодки?
Ученик: лодка движется относительно берега и покоится относительно воды
Учитель: мальчик сидит в движущемся поезде. Мальчик движется или покоится?
Ученик: мальчик движется относительно деревьев и рельс, а покоится относительно поезда.
Учитель: Хомячок качается на качелях. Что можно сказать в этом случае о движении хомячка?
Все эти примеры показывают, что какая физическая величина является относительной?
Ученик: Скорость
Учитель: совершенно верно.
Делаем запить в тетради:
«I относительность скорости».
Учитель: Сейчас я предлагаю вам представить, что мы стоит на земле и смотрим на спускающийся строго вертикально вниз самолет. Скажите, по какой линии относительно центра винта движутся точки находящиеся на лопастях?
Ученик: по окружности
Учитель: А относительно нас, стоящих на земли, по какой линии (траектория) движутся эти же точки?
Ученик: по спирали
Учитель: Траектория движения точек в этом случае одинаковая или разная?
Ученик: разная
Учитель: т.е. траектория движения это характеристика какая?
Ученик: относительная
Учитель: записываем «II относительность траектории»
Давайте рассмотрим еще один пример – движение колеса
по какой траектории движутся точки колеса относительно центра колеса?
Ученик: по окружности
Учитель: а относительно земли по какой траектории движутся точки обода?
Ученик: (ученики показывают руками вид линии)
Учитель: это линия называется циклоида.
Учитель: Если траектория относительна, то какая физическая величина, связанная с ней тоже является относительной?
Ученик: путь
Учитель: Правильно! Записываем «III относительность пути»
Давайте подведем итог: что нового сегодня на уроке вы узнали про относительность
Ученик: Мы узнали, что скорость, траектория и путь – относительны.
Учитель: правильно, другими словами относительность означает, что механическое состояние тела (его покой или движение), характеристики механического движения (скорость, путь, траектория) являются различными относительно разных систем отсчета.
Учитель: Относительность сыграла огромную роль в развитии истории.
С давних пор люди замечали, что звёзды в течение ночи, так же как и Солнце днём, перемещаются по небу с востока на запад, двигаясь по дугам и делая за сутки полный оборот вокруг Земли. Поэтому в течение многих столетий считалось, что в центре мира находится неподвижная Земля, а вокруг неё обращаются все небесные тела. Такая система мира была названа геоцентрической (греческое слово «гео» означает «земля»).
Во II в. александрийский учёный Клавдий Птолемей обобщил имеющиеся сведения о движении светил и планет в геоцентрической системе и сумел составить довольно точные таблицы, позволяющие определять положение небесных тел в прошлом и будущем, предсказывать наступление затмений и т. д.
Однако со временем, когда точность астрономических наблюдений возросла, стали обнаруживаться расхождения между вычисленными и наблюдаемыми положениями планет. Вносимые при этом исправления делали теорию Птолемея очень сложной и запутанной. Появилась необходимость замены геоцентрической системы мира.
Новые взгляды на строение Вселенной были подробно изложены в XVI в. польским учёным Николаем Коперником. Он считал, что Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца, одновременно вращаясь вокруг своих осей. Такая система мира называется гелиоцентрической, поскольку в ней за центр Вселенной принимается Солнце (по-гречески «гелиос»).
Учитель: Галилео Галилей поддержал идею Коперника о Гелиоцентрическая система. Но Галилео Галилей услышал, в числе множества возражений, и такое: если бы Земля двигалась, то птицы, летающие в воздухе, не могли бы поспеть за мчащимися вместе с Землей башнями и деревьями!
Галилео посоветовал спорщикам отправиться в трюм какого-нибудь корабля, запасясь мухами, бабочками, аквариумом с рыбками, а также кусочком ладана и кувшинами с водой. Пока корабль неподвижен, спорщикам предлагалось поэкспериментировать - попрыгать, покидать всевозможные предметы, внимательно понаблюдать за поведением летающих мух, плавающих рыбок, водяных капель, отвесно падающих вниз, дыма от ладана, поднимающегося прямо вверх. Далее Галилео заявил: заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения. Прыжки и броски не станут труднее или легче, мухи и бабочки будут по-прежнему летать во все стороны, капли будут все так же отвесно падать, а дым отвесно же подниматься. Галилео заключил:
- Ни по одному из этих явлений вы не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно. Другими словами и чуть шире: никаким механическим опытом невозможно обнаружить собственное прямолинейное и равномерное движение.
Это утверждение было названо принципом относительности Галилея.
Учитель: А теперь я предлагаю нам разобраться, как же применить принцип относительности при решении задач
Задача. Человек идет по вагону по движению поезда. Скорость поезда относительно поверхности земли равна 50 м/с, а скорость человека относительно вагона равна 3 м/с. Определите, с какой скоростью и в каком направлении движется человек относительно земли.
Разбор задачи.
Теперь изменим задачу
Задача. Человек идет по вагону против движения поезда. Скорость поезда относительно поверхности земли равна 50 м/с, а скорость человека относительно вагона равна 3 м/с. Определите, с какой скоростью и в каком направлении движется человек относительно земли.
Разбор задачи
Учитель: Давайте подведем итоги урока.
Применение знаний об относительности движения позволило по-новому взглянуть на строение Вселенной, помогло открыть новые физические законы и выяснить причины движения тел.
Учитель: Сейчас я попрошу вас отметить на вопросы представленные на карточке.
Этап рефлексии.
ФИО
Что понравилось на уроке?
Что не понравилось на уроке?
На сколько процентов из 100 я сегодня работал на уроке
На сколько процентов из 100 я бы хотел работать на уроке
Учитель: Записываем домашнее задание. § 9
Упр. 9 ( 1, 3)
Записи в тетради
Есть ли вопросы по домашнему заданию?
Ученик: нет
Учитель: Урок закончен, спасибо за работу!
infourok.ru
