Механическое движение и его относительность. Система отсчета

Механическое движениеДля описания движения какого-либо предмета выбирают систему отсчета, которая включает тело, считающееся неподвижным, связанную с этим телом систему координат и устройство измерения времени, неподвижное относительно этого тела. Предмет движется по отношению к телу, которое считается неподвижным — движение относительное, его характер зависит от выбора системы отсчета.

По отношению к телу отсчета, принятому за неподвижное, все остальные тела могут занимать различные положения в пространстве и менять эти положения со временем. Какая-либо точка тела, например кончик носа Буратино, имеет в выбранной системе отсчета в фиксированный момент времени определенные координаты. В пространстве, связанном с телом отсчета, пространственные координаты — это три числа. Совокупность этих трех чисел меняется со временем (четвертое число) при перемещении тела в пространстве. Зависимости каждой координаты от времени можно представить в виде таблиц или графиков.

Произвол в выборе тела, которое считается неподвижным, приводит к возможности выбора множества различных систем отсчета. Если, например, система отсчета связана с самим телом, за которым наблюдают, то в этой системе отсчета тело всегда неподвижно.

Что сохранится неизменным, а что может измениться при переходе от одной СО к другой системе отсчета? Варианты для анализа:

Само движение, его прямолинейность, равномерность, поступательность, траектория точки, длина пути, перемещение, промежуток времени, скорость, ускорение.

Подумали? — Да, единственное, что не меняется в Ньютоновской механике, это промежуток времени. Всё остальное — относительно!

Вывод: при решении задач выбирайте такую систему отсчета, в которой движение наиболее просто для описания, и задача, по-видимому, решается проще.

Если одна система отсчета СО1 движется поступательно относительно другой системы отсчета СО0 с постоянной скоростью , то радиус-вектор точки тела в СО0, равный , и радиус-вектор этой точки во второй (движущейся) СО1, равный , связаны соотношением . Этот частный случай преобразования координат носит название: преобразования Галилея. Характеристики движения, относящиеся к «покоящейся» (лабораторной) СО0 иногда называют абсолютными, а характеристики, относящиеся ко второй (движущейся) СО1 называют соответственно относительными.

При преобразовании Галилея абсолютное и относительное ускорения точки совпадают, то есть ускорение является инвариантом такого преобразования.

Область применимости такого преобразования ограничена: должны быть малыми (в сравнении со скоростью света) относительные скорости движения систем отсчета.

Пример относительного движения: над городом летит аист. Он движется относительно воздуха, но относительно земли он покоится, так как ветер дует ему навстречу!