Номер 2, страница 11 - гдз по физике 9 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. ТЗ-4. Относительность движения - номер 2, страница 11.

Условие.

2. a) Почему, глядя на безоблачное небо из иллюминатора самолёта, мы не ощущаем скорости полёта?

б) Когда самолёт летит высоко над облаками, то пассажирам иногда кажется, что он падает вниз на облака. Объясните явление.

Решение.

а)

Ощущение скорости возникает при наблюдении за изменением положения тела относительно других тел, то есть, в определённой системе отсчёта. Когда мы едем в автомобиле, мы видим, как быстро мимо нас проносятся деревья, дома и другие объекты. Это и создаёт ощущение скорости.

Во время полёта в самолёте на большой высоте, если небо безоблачно, за иллюминатором мы видим только однородное синее пространство. В нём отсутствуют близкорасположенные объекты, которые могли бы служить точкой отсчёта. Солнце, Луна или очень далёкие облака находятся на таком огромном расстоянии, что их видимое положение меняется крайне медленно. Угловая скорость видимого смещения далёких объектов очень мала, поэтому наш мозг не может зафиксировать движение.

Кроме того, самолёт на крейсерской высоте обычно летит с постоянной скоростью и без тряски. Наш вестибулярный аппарат реагирует на ускорение (изменение скорости или направления), а не на саму скорость. Поскольку ускорение практически равно нулю, мы не ощущаем движение и телом. Сочетание этих двух факторов — отсутствия визуальных ориентиров и постоянной скорости — и приводит к тому, что мы не ощущаем огромную скорость полёта.

Ответ: Мы не ощущаем скорость полёта, глядя на безоблачное небо, из-за отсутствия близких видимых ориентиров (точек отсчёта), относительно которых можно было бы судить о перемещении. Движение самолёта при этом равномерное и прямолинейное, поэтому вестибулярный аппарат также не подаёт сигналов о движении.

б)

Это явление объясняется принципом относительности движения. Наше восприятие движения зависит от того, какой объект мы выбираем в качестве системы отсчёта. Когда самолёт летит над облаками, именно облака становятся для пассажира главным визуальным ориентиром.

Иллюзия падения возникает в тех случаях, когда облака движутся в ту же сторону, что и самолёт, и их скорость (относительно земли) сравнима со скоростью самолёта или даже превышает её. Такое возможно, когда самолёт попадает в сильный попутный ветер, например, в струйное течение (jet stream), которое несёт и облака под самолётом.

Рассмотрим относительную скорость. Если скорость самолёта относительно земли $v_{с}$ и скорость облаков относительно земли $v_{о}$ направлены в одну сторону:

1. Если $v_{с} > v_{о}$, облака будут смещаться назад относительно самолёта. Это обычная ситуация.

2. Если $v_{с} \approx v_{о}$, относительная скорость самолёта и облаков близка к нулю. Пассажиру кажется, что самолёт завис на месте над облаками.

3. Если $v_{с} < v_{о}$ (сильный попутный ветер), то облака обгоняют самолёт. Для пассажира это выглядит так, будто облака движутся ему навстречу и уходят под самолёт назад.

Именно последняя ситуация и создаёт иллюзию падения. Наш мозг привык, что земля (или её аналог, в данном случае облачный покров) при движении вперёд должна уходить назад. Когда же облака под нами начинают нас "обгонять", то есть двигаться вперёд относительно самолёта, мозг не может правильно интерпретировать эту картину. Он воспринимает это так, как будто самолёт не летит вперёд, а проваливается или падает вниз, в то время как облака "набегают" снизу.

Ответ: Иллюзия падения на облака возникает из-за относительности движения. Это происходит, когда облака под самолётом движутся под действием сильного попутного ветра в том же направлении и с большей скоростью, чем сам самолёт (относительно земли). В результате для пассажира облака смещаются не назад, а вперёд, что мозг интерпретирует как падение или снижение самолёта.