Относительность механического движения
Движение в физике – это перемещение тела в пространстве, которое обладает своими специфическими особенностями.
Механическое движение можно представить в виде изменения положения конкретного материального тела в пространстве. Все изменения должны происходить относительно друг друга с течением времени.
Механическое движение – это наиболее распространенное физическое явление, поскольку с ним мы сталкивается постоянно.
Типы механического движения
Механическое движение бывает трех основных типов:
- прямолинейное движение;
- равномерное движение;
- криволинейное движение.
Для решения задач в физике принято использовать допущения в виде представления объекта материальной точкой. Это имеет смысл в тех случаях, когда форму, размер и тело можно не учитывать в его истинных параметрах и выбрать изучаемый объект в виде определенной точки.
Статья: Относительность механического движения
Существует несколько основных условий, когда применяется в решении задачи метод внедрения материальной точки:
- в случаях, если размеры тела чрезвычайно малы по отношению к расстоянию, которое оно проходит;
- в случаях, если тело двигается поступательно.
Поступательное движение возникает в момент, когда все точки материального тела движутся одинаково. Также тело будет двигаться поступательным образом, когда через две точки этого объекта проведут прямую, и она должна смещаться параллельно первоначальному месторасположению.
При начале изучения относительности механического движения вводят понятие системы отсчета. Она образуется вместе с телом отсчета и системой координат, включая часы для отсчета времени движения. Все элементы составляют единую систему отсчета.
Система отсчета
Телом отсчета считается такое тело, относительно которого определяется положение иных тел, находящихся в движении.
Если не задать дополнительные данные в решение задачи по просчету механического движения, то его нельзя будет заметить, так как все движения тела высчитываются относительно взаимодействия с другими физическими телами.
Ученые для понимания явления ввели дополнительные понятия, в том числе:
- прямолинейное равномерное движение;
- скорость перемещения тела.
С их помощью исследователи пытались выяснить, каким образом тело двигалось в пространстве. В частности, можно было определить вид движения тела относительно наблюдателей, которые имели разную скорость. Выяснилось, что результат наблюдения зависит от соотношения скоростей движения тела и наблюдателей относительно друг друга. Во всех расчетах использовались формулы классической механики.
Существует несколько основных систем отсчета, которые применяются при решении задач:
- подвижные;
- неподвижные;
- инерциальные.
При рассмотрении движения относительно подвижной системы отсчета применяют классический закон сложения скоростей. Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета будет равна векторной сумме скорости тела относительно подвижной системы отсчета, а также скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной.
$\overline{v} = \overline{v_{0}} + \overline{v_{s}}$, где:
- $\overline{v}$ — скорость тела по неподвижной системе отсчета,
- $\overline{v_{0}}$ — это скорость тела по подвижной системе отсчета,
- $\overline{v_{s}}$ — это скорость дополнительного фактора, который влияет на определение скорости.
Относительность механического движения заключается в относительности скоростей, с которыми перемещаются тела. Скорости тел относительно различных систем отсчета также будут отличаться. Например, скорость человека, находящегося в поезде или самолете будет отличаться в зависимости от того, в какой системе отсчета определяют эти скорости.
Скорости различаются по направлению и величине. Определение конкретного объекта исследования при механическом движении играет важнейшую роль при высчитывании параметров движения материальной точки. Скорости могут определяться в системе отсчета, которая связана с движущимся транспортом, а может быть в относительной зависимости от неподвижной Земли или ее вращения на орбите в космосе.
Такую ситуацию можно смоделировать на простом примере. Двигающийся по железной дороге поезд будет совершать механические движения относительно другого поезда, который двигается на параллельных путях или относительно Земли. Решение задачи зависит напрямую от выбранной системы отсчета. В разных системах отсчета будут различные траектории движения. При механическом движении траектория также является относительной. От выбранной системы отсчета зависит путь, который был пройден телом. При механическом движении путь является относительным.
Развитие относительности механического движения
Также согласно закону инерции, стали формировать инерциальные системы отсчета.
Процесс осознания относительности механического движения занял немалый исторический промежуток времени. Если сначала долгое время считалась приемлемой модель геоцентрической системы мира (Земля – центр Вселенной), то движение тел в разных системах отсчета стали рассматривать во времена известного ученого Николая Коперника, который сформировал гелиоцентрическую модель мира. Согласно ей, планеты Солнечной системы совершают вращение вокруг Солнца, а также совершают вращения вокруг собственной оси.
Поменялась структура системы отсчета, что привело позже к построению прогрессивной гелиоцентрической системы. Эта модель сегодня позволяет решать различные научные цели и задачи, в том числе в сфере прикладной астрономии, когда просчитывается траектории движения звезд, планет, галактик, исходя из метода относительности.
В начале 20 века была сформулирована теория относительности, которая также базируется на основополагающих принципах механического движения и взаимодействия тел.
Все формулы, которые применяются для высчитывания механических движений тел и определения их скорости, имеют смысл на скоростях меньше скорости света в вакууме.
