Ще в § 1.2 при першому знайомстві з механічним рухом ми наголошували на необхідності вибору системи відліку. Настала пора проаналізувати висновки про рух, отримані спостерігачами, що знаходяться в різних системах відліку, і порівняти результати їх спостережень.
На початку вивчення кінематики для опису руху тіла ми ввели поняття системи відліку. Справа в тому, що не мають певного сенсу слова «тіло рухається». Потрібно сказати, по відношенню до яких тіл або щодо якої системи відліку цей рух розглядається. В цьому ми неодноразово переконувалися. Наведемо ще кілька прикладів.
Пасажири потяга нерухомі щодо стін вагона. І ті ж пасажири рухаються в системі відліку, пов'язаної з Землею. Піднімається ліфт. Що стоїть на його підлозі валізу покоїться щодо стін ліфта і людини, що знаходиться в ліфті. Але він рухається відносно Землі і вдома.
Ще приклад: змагаються мотоциклісти. Ось вони порівнялися і почали рухатися відносно Землі з однаковими швидкостями. Відстань між ними не змінюється, вони не обганяють один одного. Один щодо одного мотоциклісти спочивають, але рухаються щодо Землі.
Цих прикладів достатньо, щоб переконатися в відносності руху і, зокрема, відносності поняття ско- рости. Швидкість одного і того ж тіла різна в різних системах відліку.
При вирішенні конкретної задачі ми можемо вибрати ту чи іншу систему відліку. Але серед цих систем відліку знаходяться одна-дві найбільш зручні, в яких рух виглядає простіше. Особливо ВЯЖ6Н вибір системи відліку в космонавтиці. Стикування космічних кораблів розглядають в системі відліку, пов'язаної з одним з кораблів. При виведенні корабля на орбіту зручніше система відліку, пов'язана із Землею (геоцентрична система). Політ міжпланетних станцій вивчають в геліоцентричної системі відліку (пов'язаної з Сонцем). Осі координат цієї системи спрямовані на нерухомі зірки, а початок координат поєднане з центром Сонця.
Спостерігачі, що знаходяться в різних системах відліку, повинні добре розуміти один одного. Космонавти в орбітальній станції і люди в Центрі управління польотом повинні представляти рух з точки зору Землі і корабля, вміти швидко визначати характеристики руху в будь-який з систем, якщо відомо, як воно відбувається в одній з них.
"Про відносності руху люди здогадувалися давно. Найбільш чітко поняття відносності руху було сформульовано Коперником і Галілеєм. У своїй знаменитій праці« Про обертання небесних сфер »Коперник писав:« Так при русі корабля в тиху погоду все знаходиться поза пред-представляється мореплавцям рухомим, асами спостерігачі, навпаки, вважають себе в спокої з усім з ними знаходяться. Це ж, без сумніву, може відбуватися при русі Землі, так що ми думаємо, ніби навколо неї обертається вся Всесвіт ».
Відносна не тільки швидкість, але і форма траєкторії, пройдений тілом шлях.
Котиться, приміром, колесо по поверх-ності Землі (рис. 1.90, а). Точка А обода колеса щодо системи координат X10] Yl рухається по колу, проходячи
5-Мякішев, 10 кл.
129
за час одного обороту колеса шлях, рівний довжині кола. Але щодо системи координат XOY (рис. 1.90, б), пов'язаної з поверхнею Землі, траєкторією точки А є більш складна крива А ^ А ^ А ^, звана циклоїдою. За той же інтервал часу точка А проходить шлях, рівний довжині цієї кривої.
Уявіть собі пасажира в рухомому рівномірно відносно поверхні Землі вагоні, що випускає з рук м'яч. Він бачить, як м'яч падає відносно вагона вертикально вниз з прискоренням g. Зв'яжемо з вагоном систему координат X101Y1 (рис. 1.91). У цій системі координат за час падіння м'яч пройде шлях AD = h, і пасажир відзначить, що м'яч впав на підлогу зі швидкістю vv спрямованої вертикально вниз.
Ну а що побачить спостерігач, що знаходиться на нерухомій платформі, з якою пов'язана система координат XOY? Він помітить (уявімо собі, що стіни вагона прозорі), що траєкторією м'яча є парабола AD, і м'яч упав на підлогу зі швидкістю v2, спрямованої під кутом до горизонту (див. Рис. 1.91).
Отже, ми відзначаємо, що спостерігачі в системах координат X101Y1 і XOY виявляють різні за формою траєкторії, швидкості і пройдені шляхи при русі одного тіла - м'ячі.
Треба чітко уявляти собі, що все кінематичні поняття: траєкторія, координати, шлях, переміщення, швидкість мають певну форму або чис-
лені значення в одній обраній системі відліку. При переході від однієї системи відліку до іншої зазначені величини можуть змінитися. В цьому і полягає відносність руху, і в цьому сенсі механічне рух завжди відносно.
Тривалий час вивчаючи кінематику точки, ми обмежувалися вибором однієї системи відліку. У цьому є певний сенс. Не так уже й просто було набути навичок у поводженні з безліччю вводяться понять і їх додатками до кількісних розрахунків. Треба було навчитися описувати рух точки хоча б в одній системі відліку.
Важливим питанням кінематики є встановлення зв'язку між кінематичними величинами, котрі характеризують механічний рух в двох різних системах відліку, що рухаються одна відносно одної.
? По річці пливе пліт. Людина переходить з однієї точки плоту в іншу в напрямку, перпендикулярному течією річки. Накресліть переміщення людини щодо плоту, щодо берега, а також переміщення плоту щодо берега.