Номер 1, страница 17, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Основы кинематики. Параграф 4. Относительность механического движения. Вопросы и задания - номер 1, страница 17.

Условие.

1. Приведите примеры, в которых форма траектории и другие характеристики механического движения зависят от выбора системы отсчёта.

Решение.

Характеристики механического движения, такие как траектория, скорость, перемещение и пройденный путь, являются относительными. Это означает, что их форма и числовые значения зависят от выбора системы отсчёта — тела или совокупности тел, относительно которых рассматривается движение.

Приведём несколько примеров.

1. Движение точки на ободе катящегося колеса.

Рассмотрим точку, расположенную на ободе колеса велосипеда, который едет по прямой дороге.

• В системе отсчёта, связанной с осью колеса (для наблюдателя, движущегося вместе с велосипедом), траектория этой точки — это окружность. Скорость точки по модулю постоянна, но её вектор непрерывно изменяет направление.
• В системе отсчёта, связанной с Землёй (для наблюдателя, стоящего на обочине), траектория той же самой точки будет представлять собой сложную кривую, называемую циклоидой. Скорость точки в этой системе отсчёта постоянно меняется и по модулю, и по направлению. В момент касания земли её скорость равна нулю, а в верхней точке траектории она вдвое больше скорости оси колеса.

Таким образом, форма траектории (окружность и циклоида) и характеристики скорости кардинально различаются в разных системах отсчёта.

2. Пассажир, идущий по вагону движущегося поезда.

Представим пассажира, идущего по вагону поезда, который движется равномерно и прямолинейно.

• В системе отсчёта, связанной с поездом, пассажир движется прямолинейно от одного конца вагона к другому. Его траектория — прямая линия, а пройденный путь равен длине его маршрута внутри вагона.
• В системе отсчёта, связанной с Землёй, траектория пассажира также будет прямой линией (если он идёт вдоль вагона). Однако его скорость будет равна векторной сумме скорости поезда и скорости пассажира относительно поезда: $ \vec{v}_{абс} = \vec{v}_{отн} + \vec{v}_{пер} $. Пройденный путь и перемещение за то же время будут значительно больше (или меньше, если пассажир идет против хода поезда), чем в системе отсчёта, связанной с поездом.

В этом примере форма траектории (прямая линия) не меняется, но такие характеристики, как скорость, перемещение и пройденный путь, зависят от выбора системы отсчёта.

3. Тело, сброшенное с летящего самолёта.

Рассмотрим тело, которое сбрасывают с самолёта, летящего горизонтально с постоянной скоростью (сопротивлением воздуха пренебрегаем).

• В системе отсчёта, связанной с самолётом, тело не имеет начальной горизонтальной скорости. Оно просто падает вниз под действием силы тяжести. Его траектория — это вертикальная прямая линия.
• В системе отсчёта, связанной с Землёй, в момент сбрасывания тело имеет горизонтальную скорость, равную скорости самолёта. Далее оно движется под действием силы тяжести, которая сообщает ему вертикальное ускорение. В результате его траектория будет являться параболой.

Этот пример наглядно демонстрирует, как форма траектории (прямая или парабола) напрямую зависит от системы отсчёта.

4. Движение Луны.

Движение естественного спутника Земли также можно описать по-разному.

• В геоцентрической системе отсчёта (с центром в Земле), траектория Луны — это эллипс, очень близкий к окружности.
• В гелиоцентрической системе отсчёта (с центром в Солнце), траектория Луны — это сложная, волнообразная кривая, которая "наматывается" на траекторию Земли. Эта кривая всегда вогнута в сторону Солнца.

Ответ:Форма траектории и другие характеристики механического движения (скорость, перемещение, пройденный путь) являются относительными, то есть зависят от выбора системы отсчёта. Примеры, иллюстрирующие это:
1. Точка на ободе колеса: траектория — окружность в системе отсчёта, связанной с центром колеса, и циклоида в системе отсчёта, связанной с землёй.
2. Тело, сброшенное с самолёта: траектория — вертикальная прямая в системе отсчёта, связанной с самолётом, и парабола в системе отсчёта, связанной с землёй.
3. Пассажир в поезде: его скорость и перемещение относительно земли являются векторной суммой его скорости относительно поезда и скорости поезда относительно земли, и, как правило, отличаются от его скорости и перемещения относительно поезда.