Относительность механического движения

Итак, мы научились описывать положение точечного тела относительно тела отсчета с помощь координаты тела.

Обратимся еще раз к рис. 4. Ясно, что с течением времени координата клада относительно дуба не изменяется. Значит, его положение относительно выбранного нами тела отсчета остается постоянным. В соответствии с введенным определением механического движения можно сказать, что клад не движется (покоится) в выбранной системе отсчета. А вот координата идущего к кладу человека изменяется во время его движения, т. е. положение человека относительно дуба изменяется с течением времени. Следовательно, по определению механического движения, человек движется в выбранной системе отсчета. При этом он удаляется от начала отсчета (дуба). В результате его координата в выбранной системе отсчета увеличивается со временем. В этом случае говорят, что человек движется в положительном направлении выбранной координатной оси.

Представим теперь себе, что мы выбрали в качестве тела отсчета самого идущего человека. Тогда расстояние от человека до клада, равное координате клада в новой системе отсчета, будет изменяться со временем. Если человек движется по направлению к кладу, как показано на рис. 5, то расстояние до клада уменьшается со временем. В момент времени t₁ (рис. 5, а) координата клада была x_кл1 = 6 шагов. В более поздний момент времени t₂ (рис. 5, б) координата клада уменьшилась и стала x_кл2 = 4 шага. Следовательно, клад изменяет свое положение относительно человека. В соответствии с определением механического движения в системе отсчета, связанной с человеком, клад движется по направлению к началу отсчета, т. е. приближается к нему, и, значит, координата клада уменьшается со временем. В этом случае говорят, что тело (клад) движется в отрицательном направлении выбранной координатной оси.

Итак, мы выяснили, что в системе отсчета, связанной с дубом, клад и ворота замка неподвижны, так как их координаты не изменяются с течением времени в этой системе отсчета. Наоборот, в системе отсчета, связанной с человеком, координаты клада и ворот изменяются со временем. Значит, в соответствии с определением механического движения клад и ворота движутся, т. е. изменяют свое положение относительно другого тела (человека) с течением времени.

Выходит, что одни и те же тела в одной системе отсчета могут покоиться, а в другой — двигаться. При этом в разных системах отсчета данное тело может двигаться по-разному. В этом проявляется относительность механического движения.

Например, пассажир, сидящий в автобусе, будет неподвижен в системе отсчета, связанной с автобусом, который едет по улице. Тот же самый пассажир будет двигаться, как и весь автобус, если выбрана система отсчета, неподвижная относительно улицы.

Таким образом, нельзя сказать, как движется данное тело, если не сказать, относительно какого тела отсчета рассматривается его положение в пространстве. Мы еще вернемся к этому очень важному вопросу в дальнейшем.

Итоги

1. Если координата тела не изменяется с течением времени в выбранной системе отсчета, то говорят, что это тело в данной системе отсчета неподвижно, или покоится.

Если координата тела в выбранной системе отсчета увеличивается со временем, то говорят, что тело движется в положительном направлении координатной оси.

Напротив, если координата тела в выбранной системе отсчета со временем уменьшается, то говорят, что тело движется в отрицательном направлении координатной оси.

2. Нельзя сказать, как движется тело, если не сказать, в какой системе отсчета рассматривается это тело. Иначе говоря. Одно и то же тело в разных системах отсчета может двигаться по-разному (в том числе и покоиться).

Вопросы

1. Что значит: тело неподвижно в некоторой системе отсчета? Что можно сказать о движении тела, если его координата в выбранной системе отсчета уменьшается (увеличивается)?
2. Расскажите в чем проявляется относительность механического движения.
3. Изменяется ли положение дуба в системе отсчета, связанной с идущим человеком, на рис. 5? Если да, то как оно изменяется и в каком направлении движется дуб?

Упражнения

1. Опишите движение (т. е. укажите, покоится тело или движется, а если движется, то в каком направлении) изображенных на рис. 6 следующих тел: 1) шофера; 2) сидящих пассажиров; 3) идущего по салону автобуса пассажира; 4) дерева при дороге. Дайте описания в системах отсчета, связанных: а) с деревом (ось X); б) с движущимся по дороге автобусом (ось X₁).
   

   

2. Какие тела могут быть приняты за точечные при выполнении упражнения 1, а какие — нет?
3. Какие измерительные приборы следует использовать для измерения расстояний и времени движения при выполнении упражнения 1?