Номер 1, страница 114, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Движение, взаимодействие, масса. Параграф 30. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 1, страница 114.

Условие.

• Относительность движения.

Решение.

Относительность движения — это фундаментальный принцип механики, согласно которому характеристики движения (такие как траектория, перемещение, скорость и ускорение) зависят от выбора системы отсчета, то есть от того, относительно какого тела рассматривается движение. Абсолютного движения или абсолютного покоя не существует; любое движение или покой всегда относительны.

Основные понятия

Для описания движения любого тела необходимо выбрать систему отсчета (СО). Система отсчета включает в себя:

1. Тело отсчета — условно неподвижное тело, относительно которого изучается движение.
2. Систему координат, связанную с телом отсчета (например, декартову).
3. Часы для измерения времени.

В зависимости от выбранной СО, одно и то же движение может выглядеть совершенно по-разному. Например, траектория точки на ободе колеса катящегося автомобиля для наблюдателя, стоящего на земле, — это циклоида. Для водителя автомобиля (в СО, связанной с осью колеса) та же самая точка движется по окружности.

Таким образом, положение тела, его траектория, перемещение и скорость являются относительными величинами.

Ответ: Характеристики движения, такие как траектория и скорость, не являются абсолютными, а зависят от системы отсчета, в которой они измеряются.

Закон сложения скоростей в классической механике

Принцип относительности математически выражается через законы преобразования координат и скоростей при переходе от одной системы отсчета к другой. В классической механике (для скоростей, значительно меньших скорости света) используется преобразование Галилея и следующий закон сложения скоростей:

Скорость тела относительно неподвижной системы отсчета ($ \vec{v}_{абс} $) равна векторной сумме скорости этого тела относительно подвижной системы отсчета ($ \vec{v}_{отн} $) и скорости самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной ($ \vec{v}_{пер} $).

Формула выглядит так:

$ \vec{v}_{абс} = \vec{v}_{отн} + \vec{v}_{пер} $

Пример:

Пассажир идет по вагону движущегося поезда. Пусть скорость поезда относительно земли (неподвижная СО) равна $ \vec{v}_{пер} $, а скорость пассажира относительно поезда (подвижная СО) равна $ \vec{v}_{отн} $. Тогда скорость пассажира относительно земли (абсолютная скорость) будет $ \vec{v}_{абс} $.

• Если пассажир идет по направлению движения поезда, скорости складываются: $ v_{абс} = v_{отн} + v_{пер} $.
• Если пассажир идет против направления движения поезда, скорости вычитаются: $ v_{абс} = v_{пер} - v_{отн} $.
• Если пассажир идет перпендикулярно движению поезда (например, из одного конца вагона в другой в поперечном направлении), то скорости складываются по правилу векторов (в данном случае, по теореме Пифагора): $ v_{абс} = \sqrt{v_{отн}^2 + v_{пер}^2} $.

Ответ: Абсолютная скорость тела равна векторной сумме его относительной и переносной скоростей.

Принцип относительности Галилея

Этот принцип является обобщением идеи относительности движения и утверждает, что все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (ИСО). Инерциальными называются системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона (закон инерции). Любая СО, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является инерциальной.

Это означает, что никакими механическими опытами, проведенными внутри замкнутой системы, невозможно установить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно. Например, находясь в каюте корабля без окон, который движется плавно по спокойной воде, вы не сможете определить, движется корабль или стоит на месте.

Следствием этого принципа является инвариантность (неизменность) законов Ньютона при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Ответ: Законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, что делает невозможным определение абсолютного движения или покоя с помощью механических экспериментов.