Водитель движущегося автомобиля относительно солнца находится в: В движении или покое находится водитель

ГДЗ Тема 6 Задание №99 Физика 7 класс А.В.Перышкин В движении или покое находится водитель движущегося автомобиля. – Рамблер/класс

ГДЗ Тема 6 Задание №99 Физика 7 класс А.В.Перышкин В движении или покое находится водитель движущегося автомобиля. – Рамблер/класс

Интересные вопросы

Школа

Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?

Новости

Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?

Школа

Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?

Школа

Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?

Новости

Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?

Вузы

Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?

Привет, помогите , пожалуйста, ответить на вопрос…заранее спасибо))))

В движении или покое находится водитель дви­жущегося автомобиля относительно:
а)     дороги;                             г)    Солнца;
б)    сидения автомобиля;          д)    деревьев вдоль дороги?
в)     автозаправки;
 

ответы

Привет, помогу конечно! Ответ смотри ниже…)
 В движении: а. в. г. д. В покое: б.

ваш ответ

Можно ввести 4000 cимволов

отправить

дежурный

Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия  пользовательского соглашения

похожие темы

Экскурсии

Мякишев Г.Я.

Досуг

Химия

похожие вопросы 5

ГДЗ Тема 21 Физика 7-9 класс А.В.Перышкин Задание №474 В каком случае жидкость имеет большую плотность?

Привет, есть варианты, как ответить на вопрос???
На рисунке изображен деревянный брусок, плавающий в двух разных жидкостях. В (Подробнее…)

ГДЗФизикаПерышкин А.В.Школа7 класс

ГДЗ Тема 21 Физика 7-9 класс А.В.Перышкин Задание №475 В обоих случаях поплавок плавает. В какую жидкость он погружается глубже?

Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих (Подробнее…)

ГДЗФизикаПерышкин А.В.Школа7 класс

ГДЗ Тема 21 Физика 7-9 класс А.В.Перышкин Задание №476 Изобразите силы, действующие на тело.

Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. (Подробнее…)

ГДЗФизикаПерышкин А.В.Школа7 класс

Это правда, что будут сокращать иностранные языки в школах?

 Хочется узнать, когда собираются сократить иностранные языки в школе? Какой в итоге оставят? (Подробнее…)

ШколаНовостиИностранные языки

11. Выпишите слово, в котором на месте пропуска пишется буква Е. Русский язык ЕГЭ-2017 Цыбулько И. П. ГДЗ. Вариант 12.

11.
Выпишите слово, в котором на месте пропуска пишется буква Е.
произнос., шь (Подробнее…)

ГДЗЕГЭРусский языкЦыбулько И.П.

Примеры равномерного и неравномерного движения по физике.

Механическое движение. Равномерное и неравномерное движение. Траектория механического движения

Словари. Энциклопедии. История. Литература. Русский язык » Литература » Примеры равномерного и неравномерного движения по физике. Механическое движение. Равномерное и неравномерное движение. Траектория механического движения

Тема: Взаимодействие тел

Урок: Равномерное и неравномерное движение. Скорость

Рассмотрим два примера движения двух тел. Первое тело – автомобиль, движущийся по прямой пустынной улице. Второе – саночки, которые, разгоняясь, скатываются со снежной горки. Траектория обоих тел – это прямая линия. Из прошлого урока вы знаете, что такое движение называется прямолинейным. Но в движениях автомобиля и саночек есть различие. Автомобиль за равные промежутки времени проходит одинаковые отрезки пути. А саночки за равные промежутки времени проходят все большие и большие, то есть различные отрезки пути. Первый вид движения (движение автомобиля в нашем примере) называется равномерным движением.

Второй вид движения (движение саночек в нашем примере) называется неравномерным движением.

равномерным называется такое движение, при котором за любые равные промежутки времени тело проходит одинаковые отрезки пути.

Неравномерным называется такое движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит различные отрезки пути.

Обратите внимание на слова «любые равные промежутки времени» в первом определении. Дело в том, что иногда можно специально подобрать такие промежутки времени, за которые тело проходит равные пути, но при этом движение не будет равномерным. Например, конец секундной стрелки электронных часов каждую секунду проходит одинаковые пути. Но это не будет равномерным движением, поскольку стрелка движется скачкообразно, с остановками.

Рис. 1. Пример равномерного движения. Каждую секунду этот автомобиль проходит путь 50 метров

Рис. 2. Пример неравномерного движения. Разгоняясь, каждую секунду саночки проходят все большие отрезки пути

В наших примерах тела двигались прямолинейно. Но понятия равномерного и неравномерного движения в равной степени применимы и для движения тел по криволинейным траекториям.

С понятием скорости мы сталкиваемся достаточно часто. Из курса математики вы прекрасно знакомы с этим понятием, и вам легко рассчитать скорость пешехода, который прошел 5 километров за 1,5 часа. Для этого достаточно разделить путь, пройденный пешеходом, на время, затраченное на прохождение этого пути. Конечно, при этом предполагается, что пешеход двигался равномерно.

Скоростью равномерного движения называется физической величиной, численно равной отношению пути, пройденного телом, ко времени, затраченному на прохождение этого пути.

Скорость обозначается буквой . Таким образом, формула для вычисления скорости имеет вид:

В Международной системе единиц путь, как и любая длина, измеряется в метрах, а время – в секундах. Следовательно, скорость измеряется в метрах в секунду .

В физике также очень часто применяют внесистемные единицы измерения скорости. Например, автомобиль движется со скоростью 72 километра в час (км/ч), скорость света в вакууме 300 000 километров в секунду (км/с), скорость пешехода составляет 80 метров в минуту (м/мин), а вот скорость улитки всего лишь 0,006 сантиметра в секунду (см/с).

Рис. 3. Скорость можно измерять в различных внесистемных единицах

Внесистемные единицы измерения принято переводить в систему СИ. Рассмотрим, как это делается. Например, чтобы перевести километры в час в метры в секунду, нужно вспомнить, что 1 км = 1000 м, 1 ч = 3600 с. Тогда

Подобный перевод можно провести и с любой другой внесистемной единицей измерения.

Можно ли сказать, где будет находиться автомобиль, если он двигался со скоростью 72 км/ч в течение, к примеру, двух часов? Оказывается, нет. Ведь для того, чтобы определить положение тела в пространстве, необходимо знать не только путь, пройденный телом, но и направление его движения. Автомобиль в нашем примере мог двигаться со скоростью 72 км/ч в любом направлении.

Выход из положения можно найти, если приписать скорости не только численное значение (72 км/ч), но и направление (на север, на юго-запад, вдоль заданной оси Х, и т.п.).

Величины, для которых важны не только численное значение, но и направление, называются векторными.

Следовательно, скорость – векторная величина (вектор) .

Рассмотрим пример. Два тела движутся навстречу друг другу, одно со скоростью 10 м/с, другое со скоростью 30 м/с. Чтобы изобразить это движение на рисунке, нам необходимо выбрать направление координатной оси, вдоль которой движутся эти тела (ось Х). Изображать тела можно условно, например, в виде квадратиков. Направления скорости тел указывают с помощью стрелок. Стрелки позволяют указать, что тела движутся в противоположных направлениях. Кроме того, на рисунке соблюден масштаб: стрелка, изображающая скорость второго тела, в три раза длиннее, чем стрелка, изображающая скорость первого тела, поскольку численное значение скорости второго тела по условию втрое больше.

Рис. 4. Изображение векторов скорости двух тел

Обратите внимание на то, что, когда мы изображаем символ скорости рядом со стрелкой, которой указывается ее направление, то над буквой ставится маленькая стрелка: . Эта стрелка говорит том, что речь идет о векторе скорости (т.е. указано и численное значение, и направление скорости). Рядом же с числами 10 м/с и 30 м/с над символами скорости стрелочки не изображены. Символ без стрелочки обозначает численное значение вектора.

Итак, механическое движение может быть равномерным и неравномерным. Характеристикой движения является скорость. В случае равномерного движения для нахождения численного значения скорости достаточно путь, пройденный телом, разделить на время прохождения этого пути. В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду, однако существует множество внесистемных единиц скорости. Помимо численного значения, скорость характеризуется также направлением. То есть скорость – векторная величина. Для обозначения вектора скорости над символом скорости ставится маленькая стрелка.

Для обозначения численного значения скорости такая стрелка не ставится.

Список литературы

1. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2010.

2. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7 – 9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Издательство «Экзамен», 2010.

3. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов общеобразовательных учреждений. – 17-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

1. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().

2. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().

Домашнее задание

Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7 – 9 классов

Как вы думаете, движетесь вы или нет, когда читаете этот текст? Практически каждый из вас сразу ответит: нет, не двигаюсь. И будет неправ. Некоторые могут сказать: двигаюсь. И тоже ошибутся. Потому, что в физике некоторые вещи не совсем такие, какими кажутся на первый взгляд.

Например, понятие механического движения в физике всегда зависит от точки (или тела) отсчета. Так летящий в самолете человек перемещается относительно оставшихся дома родных, но находится в состоянии покоя относительно друга, сидящего рядом. Так вот скучающие родственники или спящий на плече друг — это, в данном случае, тела отсчета для определения, движется наш вышеупомянутый человек или нет.

Определение механического движения

В физике определение механического движения, изучаемое в седьмом классе, следующее: изменение положения тела относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Примерами механического движения в быту будут движение автомобилей, людей и пароходов. Комет и кошек. Пузырьков воздуха в закипающем чайнике и учебников в тяжелом рюкзаке школьника. И всякий раз высказывание о движении либо покое одного из этих предметов (тел) будет лишенным смысла без указания тела отсчета. Поэтому в жизни мы чаще всего, когда говорим о движении, имеем в виду движение относительно Земли или статичных объектов — домов, дорог и так далее.

Траектория механического движения

Нельзя также не упомянуть такую характеристику механического движения, как траектория. Траектория — это линия, по которой движется тело. Например, отпечатки ботинок на снегу, след самолета в небе и след слезы на щеке — все это траектории. Могут они быть прямыми, изогнутыми или ломаными. А вот длина траектории, или же сумма длин — это путь, пройденный телом. Обозначается путь буквой s. И измеряется в метрах, сантиметрах и километрах, либо же в дюймах, ярдах и футах, в зависимости от того, какие в этой стране приняты единицы измерения.

Виды механического движения: равномерное и неравномерное движение

Какие бывают виды механического движения? Например, во время поездки на машине водитель движется с разной скоростью, когда едет по городу и практически с одинаковой скоростью, когда выезжает на трассу за городом. То есть он движется либо неравномерно, либо равномерно. Так вот движение, в зависимости от пройденного пути за равные промежутки времени называют равномерным либо неравномерным.

Примеры равномерного и неравномерного движения

Примеров равномерного движения в природе очень мало. Почти равномерно движется вокруг Солнца Земля, капают капли дождя, всплывают пузырьки в газировке. Даже пуля, выпущенная из пистолета, движется прямолинейно и равномерно только на первый взгляд. От трения о воздух и притяжения Земли полет ее постепенно становится медленнее, а траектория снижается. Вот в космосе пуля может двигаться действительно прямолинейно и равномерно, пока не столкнется с каким-либо другим телом. А с неравномерным движением дело обстоит куда как лучше — примеров множество. Полет мяча во время игры в футбол, движения льва, охотящегося на добычу, путешествия жвачки во рту семиклассника и бабочки, порхающей над цветком, — все это примеры неравномерного механического движения тел.

95. Приведите примеры равномерного движения.
Встречается очень редко, например, движение Земли вокруг Солнца.

96. Приведите примеры неравномерного движения.
Движение автомобиля, самолета.

97. Мальчик скатывается на салазках с горы. Можно ли это движение считать равномерным?
Нет.

98. Сидя в вагоне движущегося пассажирского поезда и наблюдая движение встречного товарного поезда, нам кажется, что товарный поезд идет гораздо быстрее, чем шел до встречи наш пассажирский поезд. Почему это происходит?
Относительного пассажирского поезда, товарный движется с суммарной скоростью пассажирского и товарного поездов.

99. В движении или покое находится водитель движущегося автомобиля относительно:
а) дороги;
б) сидения автомобиля;
в) автозаправки;
г) Солнца;
д) деревьев вдоль дороги?
В движении: а, в, г, д
В покое: б

100. Сидя в вагоне движущегося поезда, мы наблюдаем в окне автомобиль, который уходит вперед, затем кажется неподвижным, и, наконец, движется назад. Как объяснить то, что мы видим?
Вначале скорость автомобиля выше скорости поезда. Затем скорость автомобиля становится равной скорости поезда. После этого, скорость автомобиля уменьшается, по сравнению со скоростью поезда.

101. Самолет выполняет «мертвую петлю». Какую траекторию движения видят наблюдатели с земли?
Кольцевую траекторию.

102. Приведите примеры движения тел по криволинейным траекториям относительно земли.
Движение планет вокруг Солнца; движение катера по реке; полет птицы.

103. Приведите примеры движения тел, имеющих прямолинейную траекторию относительно земли.
Движущийся поезд; идущий прямо человек.

104. Какие виды движения мы наблюдаем при письме шариковой ручкой? Мелом?
Равномерное и неравномерное.

105. Какие части велосипеда при его прямолинейном движении описывают относительно земли прямолинейные траектории, а какие – криволинейные?
Прямолинейное: руль, седло, рама.
Криволинейное: педали, колеса.

106. Почему говорят, что Солнце всходит и заходит? Что в данном случае является телом отсчета?
Телом отсчета рассматривается Земля.

107. Два автомобиля движутся по шоссе так, что некоторое расстояние между ними не меняется. Указать, относительно каких тел каждый из них находится в покое и относительно каких тел они в течение этого промежутка времени движутся.
Относительно друг друга автомобили находятся в покое. Относительно окружающих предметов автомобили движутся.

108. Санки скатываются с горы; шарик скатывается по наклонному желобу; камень, выпущенный из рук, падает. Какие из этих тел движутся поступательно?
Поступательно движутся санки с горы и камень, выпущенный из рук.

109. Книга, установленная на столе в вертикальном положении (рис. 11, положение I), от толчка падает и занимает положение II. Две точки А и В на переплете книги при этом описали траектории АА1 и ВВ1. Можно ли сказать, что книга двигалась поступательно? Почему?

Как вы думаете, движетесь вы или нет, когда читаете этот текст? Практически каждый из вас сразу ответит: нет, не двигаюсь. И будет неправ. Некоторые могут сказать: двигаюсь. И тоже ошибутся. Потому, что в физике некоторые вещи не совсем такие, какими кажутся на первый взгляд.

Например, понятие механического движения в физике всегда зависит от точки (или тела) отсчета. Так летящий в самолете человек перемещается относительно оставшихся дома родных, но находится в состоянии покоя относительно друга, сидящего рядом. Так вот скучающие родственники или спящий на плече друг — это, в данном случае, тела отсчета для определения, движется наш вышеупомянутый человек или нет.

Определение механического движения

В физике определение механического движения, изучаемое в седьмом классе, следующее: изменение положения тела относительно других тел с течением времени называется механическим движением. Примерами механического движения в быту будут движение автомобилей, людей и пароходов. Комет и кошек. Пузырьков воздуха в закипающем чайнике и учебников в тяжелом рюкзаке школьника. И всякий раз высказывание о движении либо покое одного из этих предметов (тел) будет лишенным смысла без указания тела отсчета. Поэтому в жизни мы чаще всего, когда говорим о движении, имеем в виду движение относительно Земли или статичных объектов — домов, дорог и так далее.

Траектория механического движения

Нельзя также не упомянуть такую характеристику механического движения, как траектория. Траектория — это линия, по которой движется тело. Например, отпечатки ботинок на снегу, след самолета в небе и след слезы на щеке — все это траектории. Могут они быть прямыми, изогнутыми или ломаными. А вот длина траектории, или же сумма длин — это путь, пройденный телом. Обозначается путь буквой s. И измеряется в метрах, сантиметрах и километрах, либо же в дюймах, ярдах и футах, в зависимости от того, какие в этой стране приняты единицы измерения.

Виды механического движения: равномерное и неравномерное движение

Какие бывают виды механического движения? Например, во время поездки на машине водитель движется с разной скоростью, когда едет по городу и практически с одинаковой скоростью, когда выезжает на трассу за городом. То есть он движется либо неравномерно, либо равномерно. Так вот движение, в зависимости от пройденного пути за равные промежутки времени называют равномерным либо неравномерным.

Примеры равномерного и неравномерного движения

Примеров равномерного движения в природе очень мало. Почти равномерно движется вокруг Солнца Земля, капают капли дождя, всплывают пузырьки в газировке. Даже пуля, выпущенная из пистолета, движется прямолинейно и равномерно только на первый взгляд. От трения о воздух и притяжения Земли полет ее постепенно становится медленнее, а траектория снижается. Вот в космосе пуля может двигаться действительно прямолинейно и равномерно, пока не столкнется с каким-либо другим телом. А с неравномерным движением дело обстоит куда как лучше — примеров множество. Полет мяча во время игры в футбол, движения льва, охотящегося на добычу, путешествия жвачки во рту семиклассника и бабочки, порхающей над цветком, — все это примеры неравномерного механического движения тел.

Равномерное движение — движение вдоль прямой линии с постоянной (как по модулю, так и по направлению) скоростью. При равномерном движении пути, которые тело проходит за равные промежутки времени, также равны.

Для кинематического описания движения расположим ось OХ вдоль направления движения. Для определения перемещения тела при равномерном прямолинейном движении достаточно одной координаты Х. Проекции перемещения и скорости на координатную ось можно рассматривать, как алгебраические величины.

Пусть в момент времени t 1 тело находилось в точке с координатой x 1 , а в момент времени t 2 — в точке с координатой x 2 . Тогда проекция перемещения точки на ось OХ будет запишется в виде:

∆ s = x 2 — x 1 .

В зависимости от направления оси и направления движения тела эта величина может быть как положительной, так и отрицательной. При прямолинейном и равномерном движении модуль перемещения тела совпадает с пройденным путем. Скорость равномерного прямолинейного движения определяется по формуле:

v = ∆ s ∆ t = x 2 — x 1 t 2 — t 1

Если v > 0 , тело движется вдоль оси OX в положительном направлении. Иначе — в отрицательном.

Закон движения тела при равномерном прямолинейном движении описывается линейным алгебраическим уравнением.

Уравнение движения тела при равномерном прямолинейном движении

x (t) = x 0 + v t

v = c o n s t ; x 0 — координата тела (точки) в момент времени t = 0 .

Пример графика равномерного движения — на рисунке ниже.

Здесь два графика, описывающих движение тел 1 и 2. Как видим, тело 1 во время t = 0 находилось в точке x = — 3 .

От точки x 1 до точки x 2 тело переместилось за две секунды. Перемещение тела составило три метра.

∆ t = t 2 — t 1 = 6 — 4 = 2 с

∆ s = 6 — 3 = 3 м.

Зная это, можно найти скорость тела.

v = ∆ s ∆ t = 1 , 5 м с 2

Есть еще один способ определения скорости: из графика ее можно найти как отношение сторон BC и AC треугольника ABC.

v = ∆ s ∆ t = B C A C .

Причем, чем больше угол, который образует график с осью времени, тем больше скорость. Говорят также, что скорость равна тангенсу угла α .

Аналогично вычисления проводятся для второго случая движения. Рассмотрим теперь новый график, изображающий движение с помощью отрезков прямых. Это так называемый кусочно-линейный график.

Движение, изображенное на нем — неравномерное. Скорость тела меняется мгновенно в точках излома графика, а каждый отрезок пути до новой точки излома тело движется равномерно с новой скоростью.

Из графика мы видим, что скорость менялась в моменты времени t = 4 c , t = 7 с, t = 9 с. Значения скоростей также легко находятся из графика.

Отметим, что путь и перемещение не совпадают для движения, описываемого кусочно-линейным графиком. Например, в интервале времени от нуля до семи секунд тело прошло путь, равный 8 метрам. Перемещение тела при этом равно нулю.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Относительное движение и системы отсчета

Система отсчета может рассматриваться как любая точка, в которой вы проводите измерения, если она не ускоряется. Это называется инерциальной системой отсчета .

Относительное движение — это просто способ сказать, что иногда разные люди говорят разные вещи о движении одного и того же объекта.

• Это не потому, что один из них неправильный, а потому, что они используют разные системы отсчета .
• Лучший способ понять, как это возможно, — посмотреть на несколько примеров.
• Во всех следующих примерах сопротивление воздуха не учитывается.

Пример 1: Допустим, я стою на кузове пикапа (то есть неподвижен) и бросаю вперед яблоки. Я знаю, что каждый раз могу бросать яблоко со скоростью ровно 15 м/с.

• Если бы человек стоял на тротуаре, с какой скоростью, по его словам, движутся яблоки?
  • Поскольку она увидит их точно так же, как и я ( мы оба в одной системе отсчета ), она скажет 15 м/с.
• Теперь грузовик начинает двигаться со скоростью 20 м/с. Я все еще бросаю яблоки вперед точно так же, как и раньше, со скоростью 15 м/с.
  • Если я на самом деле и не обращаю внимания на то, что происходит вокруг меня (например, на то, что я стою в кузове движущегося грузовика), с какой скоростью, по моему мнению, движутся яблоки?
  • Все еще 15 м/с! Относительно меня я могу заставить яблоко удаляться от меня только со скоростью 15 м/с, поэтому я измеряю скорость, с которой яблоко удаляется от меня.
• С какой скоростью, по словам моего друга на тротуаре, движется яблоко?
• Ну, еще до того, как я его брошу, она скажет, что яблоко движется со скоростью 20 м/с (скорость всего на грузовике).
• Когда я бросу яблоко вперед, увеличив его скорость, она скажет, что оно летит со скоростью (20 м/с + 15 м/с) 35 м/с!
• Теперь я разворачиваюсь и начинаю бросать яблоки с задней части грузовика, назад!
  • Я все же скажу, что мои яблоки движутся со скоростью 15 м/с, потому что с моей точки зрения именно с такой скоростью движется яблоко. Единственное, что я могу сказать, отличается, так это то, что это -15 м/с, так как даже я должен быть в состоянии заметить, что сейчас они движутся в противоположном направлении.
  • Мой друг на тротуаре скажет, что яблоко движется со скоростью (20 м/с + -15 м/с) 5 м/с!

В каждом из приведенных выше примеров мы действительно говорим о двух разных людях, имеющих две разные системы отсчета при измерении относительной скорости одного объекта.

Система отсчета: Когда вы стоите на земле, это ваша система отсчета. Все, что вы видите, наблюдаете или измеряете, будет сравниваться с точкой отсчета земли. Если я стою в кузове движущегося грузовика, грузовик теперь является моей системой отсчета, и все будет измеряться по сравнению с ним.

Относительная скорость: В приведенных выше примерах каждый человек измерял скорость яблок относительно ( по сравнению с ) системы отсчета, в которой они стояли. Относительно человека, стоящего на тротуаре, яблоко может быть движется со скоростью 10 м/с, а для человека в системе отсчета грузовика яблоко движется относительно него со скоростью 15 м/с.

Пример 2: Сидя за столом, как быстро вы двигаетесь?

• Относительно земли: ноль. Вы не двигаетесь относительно системы отсчета земли.
• Относительно Солнца: 2,97e4 м/с! Это довольно большая разница, но поскольку Земля вращается вокруг Солнца с такой скоростью, наблюдатель, стоящий на Солнце (ой!) сказал бы, что вы движетесь со скоростью 2,97e4 м/с.
• Оба этих ответа верны в своей собственной системе отсчета .

Пример 3: Возможно, вы даже заметили относительную скорость, когда сидели на красный свет…

• Вы когда-нибудь сидели на красный свет, когда рядом с вами останавливался автобус?
• Вы как бы мечтаете, глядя в окно сбоку автобуса, когда вдруг вам кажется, что ваша машина катится назад!
• Затем вы понимаете, что это был просто автобус, двигавшийся вперед .
  • Ваш мозг знает, что автобус просто стоял на дороге… он стал частью системы отсчета земли.
  • Когда ваш мозг увидел, что автобус движется вперед, он уже «решил», что автобус не будет двигаться. Остается только один вариант вы должны двигаться назад.

Системы отсчета и относительное движение на самом деле являются причиной того, что людей тошнит от автомобилей. Ваш мозг получает два разных набора информации о движении вашего тела, которые могут не совсем совпадать друг с другом; информацию от ваших глаз и информацию от вашего внутреннего уха. Некоторые люди более чувствительны к этим различиям, из-за чего их тошнит от машины, когда они смотрят, как дорога «проносится» мимо них. Если вы склонны к автомобильной болезни, постарайтесь смотреть вперед в точку далеко и сосредоточьтесь на ней.

10.1 Постулаты специальной теории относительности

Цели обученияНаучные эксперименты и задачиПостулаты ЭйнштейнаПрактические задачиПроверьте свое понимание относительности

Понимать постулаты, на которых основывалась специальная теория относительности

Научные эксперименты и проблемы

Относительность не нова. Еще в 1600 году Галилей объяснил, что движение относительно. Где бы вы ни оказались, кажется, что вы находитесь в фиксированной точке и что все движется относительно вас. Все остальные чувствуют то же самое. Движение всегда измеряется относительно фиксированной точки. Это называется установлением системы отсчета. Но выбор точки произволен, и все системы отсчета одинаково действительны. Пассажир в движущейся машине не движется относительно водителя, но они оба движутся с точки зрения человека на тротуаре, ожидающего автобус. Они движутся еще быстрее, если их видит человек в машине, приближающейся к ним. Это все относительно.

Советы по достижению успеха

Система отсчета не является сложной концепцией. Это просто то, что вы решаете, является фиксированной точкой или группой связанных точек. Это полностью зависит от вас. Например, когда вы смотрите вверх на небесные объекты в небе, вы выбираете землю в качестве системы отсчета, и кажется, что солнце, луна и т. д. движутся по небу.

Свет участвует в обсуждении относительности, потому что теории, связанные с электромагнетизмом, несовместимы с объяснением относительности Галилеем и Ньютоном. Истинная природа света была горячей темой для дискуссий и споров в конце XIX века.век. В то время вообще не считалось, что свет может распространяться через пустое пространство. Было известно, что она распространяется в виде волн и всех других типов энергии, которые распространяются как волны, необходимые для прохождения через материальную среду. Считалось, что космос заполнен невидимой средой, через которую проходят световые волны. Этот воображаемый (как оказалось) материал назывался эфиром (также пишется как эфир). Считалось, что все движется через эту таинственную жидкость. Другими словами, эфир был единственной фиксированной системой отсчета. Эксперимент Майкельсона-Морли доказал, что это не так.

В 1887 году Альберт Майкельсон и Эдвард Морли разработали интерферометр, показанный на рис. 10.2, для измерения скорости Земли в эфире. Луч света разделяется на два перпендикулярных пути, а затем снова объединяется. Рекомбинация волн дает логическую картину с яркой полосой в местах, где две волны приходят в фазе; то есть с гребнями обеих волн, прибывающими вместе, и впадинами, прибывающими вместе. Там, где гребень одной волны совпадает с впадиной другой, появляется темная полоса, так что они сокращаются. Если Земля путешествует в эфире по орбите вокруг Солнца, пикам в одном рукаве потребуется больше времени, чем в другом, чтобы достичь того же места. Места, где две волны приходят в фазе, изменились бы, и картина интерференции сместилась бы. Но с помощью интерферометра никакого сдвига не наблюдалось! Этот результат привел к двум выводам: что эфира нет и что скорость света одинакова независимо от относительного движения источника и наблюдателя. Расследование Майкельсона-Морли было названо самым известным неудачным экспериментом в истории.

Рис. 10.2 Это схема прибора, использованного в эксперименте Майкельсона-Морли.

Чтобы увидеть, что ожидали найти Майкельсон и Морли, измерив скорость света в двух направлениях, посмотрите этот мультфильм. В ролике два человека, плавающие в озере, представлены как аналогия световых лучей, покидающих Землю при ее движении в эфире (если бы эфир вообще был). Пловцы отплывают от движущейся по воде платформы и возвращаются к ней. Пловцы плывут в разных направлениях по отношению к движению платформы. Несмотря на то, что они проплывают одинаковое расстояние с одинаковой скоростью, движение платформы приводит к тому, что они прибывают в разное время.

Постулаты Эйнштейна

Результаты, описанные выше, оставили физиков с некоторыми озадачивающими и тревожными вопросами, например, почему свет, излучаемый быстро движущимся объектом, не распространяется быстрее, чем свет от уличного фонаря? Нужна была радикально новая теория, и Альберт Эйнштейн, изображенный на рис. 10.3, должен был стать всеобщим любимым гением. Эйнштейн начал с двух простых постулатов, основанных на двух вещах, которые мы уже обсуждали в этой главе.

1. Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
2. Скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости его источника.

Рис. 10.3 Альберт Эйнштейн (1879–1955) разработал современную теорию относительности, а также внес фундаментальный вклад в основы квантовой механики. (Библиотека Конгресса)

Скорость света обозначена символом c и равна ровно 299 792 458 м/с. Это скорость света в вакууме; то есть в отсутствие воздуха. Для большинства целей мы округляем это число до 3,00 × 108 м/с3,00 × 108 м/с. Термин инерциальная система отсчета просто относится к системе отсчета, в которой все объекты подчиняются первому закону движения Ньютона: покоятся, а движущиеся объекты остаются в движении с постоянной скоростью по прямой линии, если на них не действует внешняя сила. Внутренняя часть автомобиля, движущегося по дороге с постоянной скоростью, и внутренняя часть неподвижного дома являются инерциальными системами отсчета.

Смотреть физику

Скорость света

В этой лекции о свете собраны самые важные факты о скорости света. Если вам интересно, вы можете посмотреть видео целиком, но части, относящиеся к этой главе, находятся между 3:25 и 5:10, которые вы найдете, проведя курсором по нижней части видео.

Проверка захвата

Авиалайнер, летящий со скоростью 200 м/с, излучает свет спереди самолета. Какое утверждение описывает скорость света?

1. Он движется со скоростью c + 200 м/с.
2. Он движется со скоростью c – 200 м/с.
3. Он движется со скоростью c , как и все легкие.
4. Ездит со скоростью чуть меньше c .

Snap Lab

Измерение скорости света

В этом эксперименте вы измерите скорость света, используя микроволновую печь и ломтик хлеба. Волны, генерируемые микроволновой печью, не являются частью видимого спектра, но все же являются электромагнитным излучением, поэтому они распространяются со скоростью света. Если мы знаем длину волны, λ и частоту f волны, мы можем вычислить ее скорость v , используя уравнение v = λf . Вы можете измерить длину волны. Вы найдете частоту на этикетке на задней панели микроволновой печи. Волна в микроволновке представляет собой стоячую волну с областями высокой и низкой интенсивности. Секции с высокой интенсивностью отстоят друг от друга на половину длины волны.

Предупреждения по технике безопасности

• Высокая температура: В этой лаборатории встречаются очень высокие температуры. Это может вызвать ожоги.

Материалы:

• микроволновая печь
• один ломтик простого белого хлеба
• сантиметровая линейка
• калькулятор

1. Работа с партнером.
2. Отключите функцию вращения микроволновой печи или снимите колеса под посудой для микроволновой печи, которые заставляют ее вращаться. Важно, чтобы блюдо не переворачивалось.
3. Положите ломтик хлеба на блюдо, включите микроволновую печь на максимальную мощность, закройте дверцу, включите микроволновую печь примерно на 15 секунд.
4. На хлебе должен появиться ряд коричневых или черных пятен. Выключите микроволновку, как только они появятся. Измерьте расстояние между двумя соседними ожогами и умножьте результат на 2. Это длина волны.
5. Частота волн указана на задней стенке микроволновки. Найдите что-то вроде «2450 МГц». Гц — единица измерения герц, что означает в секунду. M представляет собой мега, что означает миллион, поэтому умножьте число на 10 ^{6 9.0254 .}
6. Выразите длину волны в метрах и умножьте ее на частоту. Если вы все сделали правильно, вы получите число, очень близкое к скорости света. Не ешьте хлеб. Общее правило безопасности в лаборатории — никогда ничего не есть в лаборатории.

Проверка захвата

Как измеренное вами значение скорости света соотносится с принятым значением (% ошибки)?

1. Измеренное значение скорости будет равно c .
2. Измеренное значение скорости будет чуть меньше c .
3. Измеренное значение скорости будет немного больше c .
4. Измеренное значение скорости будет зависеть от частоты микроволн.

Постулаты Эйнштейна были тщательно отобраны, и оба они казались очень вероятными. Эйнштейн продолжал, несмотря на то, что понимал, что эти две идеи, взятые вместе и примененные к экстремальным условиям, привели к результатам, противоречащим ньютоновской механике. Он просто взял мяч и побежал с ним.

С традиционной точки зрения скорости складываются. Если вы бежите со скоростью 3 м/с и бросаете мяч вперед со скоростью 10 м/с, чистая скорость мяча должна быть 13 м/с. Однако, согласно теории относительности, скорость движущегося источника света не добавляется к скорости излучаемого света.

Кроме того, теория Эйнштейна показывает, что если бы вы двигались вперед относительно Земли со скоростью почти c (скорость света) и могли бы бросить мяч вперед со скоростью c , наблюдатель, находящийся в состоянии покоя на Земле, не увидел бы шар, движущийся почти в два раза быстрее скорости света. Наблюдатель увидит, как он движется со скоростью, которая все еще меньше c . Этот результат соответствует обоим постулатам Эйнштейна: скорость света имеет фиксированный максимум, и ни одна система отсчета не является привилегированной.

Рассмотрим, как мы измеряем прошедшее время. Если мы используем секундомер, например, как мы узнаем, когда запускать и останавливать часы? Один из методов — использовать приход света от события, например, наблюдение за зеленым светом, чтобы начать дрэг-рейсинг. Время будет более точным, если использовать какое-либо электронное обнаружение, избегая времени реакции человека и других осложнений.

Теперь предположим, что мы используем этот метод для измерения временного интервала между двумя вспышками света, производимыми лампами-вспышками в движущемся поезде. (См. рис. 10.4)

Рис. 10.4. Свет, падающий на наблюдателя А, видимый двумя разными наблюдателями.

Женщина (наблюдатель А) сидит в центре вагона, по разные стороны которого на равном расстоянии от нее установлены две лампы-вспышки. Несколько световых лучей, испускаемых лампами-вспышками, движутся к наблюдателю А, как показано стрелками. Стрелка вектора скорости вагона показана вправо. Мужчина (наблюдатель Б), стоящий на платформе, смотрит на женщину и также наблюдает за вспышками света.

Наблюдатель А движется с фонарями на вагоне, когда вагон движется вправо от наблюдателя Б. Наблюдатель В видит световые вспышки одновременно и видит, что обе лампочки вспыхнули одновременно. Однако он видит, что наблюдатель А сначала получает вспышку справа. Поскольку импульс справа доходит до нее первым, в ее системе отсчета она видит, что лампочки не вспыхнули одновременно. Здесь относительная скорость между наблюдателями влияет на то, будут ли наблюдаться одновременными два события в хорошо разделенных местах. Одновременность или то, происходят ли разные события в один и тот же момент, зависит от системы отсчета наблюдателя. Помните, что скорость равна расстоянию, деленному на время, поэтому т ​​= д/ v . Если скорость оказывается другой, то и продолжительность времени оказывается другой.

Это иллюстрирует силу ясного мышления. Мы могли бы ошибочно предположить, что если свет излучается одновременно, то два наблюдателя на полпути между источниками одновременно увидят вспышки. Но тщательный анализ показывает, что это не так. Эйнштейн был блестящим мысленным экспериментом такого типа (по-немецки: Gedankenexperiment ). Он очень тщательно обдумывал, как делается наблюдение, и игнорировал то, что могло показаться очевидным. Достоверность мысленных экспериментов, конечно, определяется фактическим наблюдением. О гениальности Эйнштейна свидетельствует тот факт, что эксперименты неоднократно подтверждали его теорию относительности. Никакие эксперименты после Майкельсона и Морли не смогли обнаружить никакой эфирной среды. Позже мы опишем, как эксперименты также подтвердили другие предсказания специальной теории относительности, такие как расстояние между двумя объектами и временной интервал двух событий, отличающийся для двух наблюдателей, движущихся относительно друг друга.

Подводя итог: два события считаются одновременными, если наблюдатель считает их происходящими одновременно (например, принимая свет от этих событий). Два события не обязательно одновременны для всех наблюдателей.

Расхождения между ньютоновской механикой и теорией относительности иллюстрируют важный момент развития науки. Теория Эйнштейна не заменила теорию Ньютона, а расширила ее. Нет ничего необычного в том, что для объяснения новой информации должна быть разработана новая теория. В большинстве случаев новая теория строится на фундаменте старой теории. Редко когда старые теории полностью заменяются.

В этой главе вы познакомитесь со специальной теорией относительности, но, как упоминалось во введении, Эйнштейн разработал две теории относительности: специальную и общую. В таблице 10.1 приведены различия между двумя теориями.

Также обратите внимание, что общая теория относительности включает в себя специальную теорию относительности.

Таблица 10.1 Сравнение специальной теории относительности и общей теории относительности

Рабочий пример

Расчет времени, необходимого свету для прохождения заданного расстояния

Солнце находится на расстоянии 1,50 × 10 ⁸ км от Земли. Сколько времени требуется свету, чтобы добраться от Солнца до Земли в минутах и ​​секундах?

Стратегия

Выявление известных.

10.1 Расстояние = 1,50 × 108 км. Скорость = 3,00 × 108 км. Расстояние = 1,50 × 108 км.

Время

Найдите уравнение, связывающее известные и неизвестные.

10.2v=dt; т=двв=дт; t=dv

Обязательно используйте согласованные единицы измерения.

Решение

T = DV = (1,50 × 108 км) × 103 мкм3,00 × 108 мс = 5,00 × 102S 500 с = 8 мин и 20 ST = DV = (1,50 × 108 км) × 103MKM3.00 × 108M 500 с = 8 мин и 20 с

Обсуждение

Ответ записывается как 5,00 × 10 ² , а не 500, чтобы показать, что есть три значащие цифры. Когда астрономы становятся свидетелями какого-либо события на Солнце, например появления пятна, на самом деле оно произошло за несколько минут до этого. Сравните 8 световых минут с расстоянием до звезд, которые светят лет прочь. Какие-то события на других звездах произошли много лет назад.

Практические задачи

Свет проходит через 1,00 м воды за 4,42×10 ^-9 с. Какова скорость света в воде?

1. 4,42×10 ^-9 м/с
2. 4,42×10 ⁹ м/с
3. 2,26×10 ⁸ м/с
4. 226×10 ⁸ м/с

Астронавт на Луне получает сообщение от центра управления полетами на Земле. Сигнал посылается в виде электромагнитного излучения, и ему требуется 1,28 с, чтобы преодолеть расстояние между Землей и Луной. Каково расстояние от Земли до Луны?

1. 2,34×10 ⁵ км
2. 2,34×10 ⁸ км
3. 3,84×10 ⁵ км
4. 3,84×10 ⁸ км

Проверьте свое понимание

Упражнение 1

Объясните, что понимается под системой отсчета.

1. Система отсчета представляет собой график, построенный между расстоянием и временем.
2. Система отсчета представляет собой график, построенный между скоростью и временем.
3. Система отсчета — это скорость объекта в пустом пространстве независимо от его окружения.
4. Система отсчета — это произвольно фиксированная точка, относительно которой измеряется движение других точек.

Упражнение 2

Два человека уплывают от плота, который плывет по течению. Один плывет против течения и возвращается, а другой плывет поперек течения и обратно. Если этот сценарий представляет собой эксперимент Майкельсона-Морли, что представляют собой (i) вода, (ii) пловцы и (iii) плот?

1. эфир лучи света Земля
2. лучей света эфир Земля
3. эфир Земля лучи света
4. Земля лучи света эфир

Упражнение 3

Если бы Майкельсон и Морли наблюдали смещение интерференционной картины в своем интерферометре, что бы это означало?

1. Скорость света одинакова во всех системах отсчета.