Номер 114, страница 24 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Законы движения и взаимодействия тел. Относительность движения - номер 114, страница 24.

Условие.

► 114. В классическом мысленном эксперименте Галилей анализировал падение пушечного ядра с мачты движущегося корабля с точки зрения наблюдателя, находящегося на берегу, и матроса, стоящего на палубе корабля. К каким выводам должен был прийти учёный?

Решение.

Этот мысленный эксперимент позволил Галилею сформулировать фундаментальные принципы механики. Для понимания его выводов необходимо проанализировать падение ядра с точки зрения двух наблюдателей.

С точки зрения наблюдателя, находящегося на берегу

Наблюдатель на берегу находится в неподвижной системе отсчета. Для него корабль вместе с мачтой и ядром движется с постоянной горизонтальной скоростью $v$. Когда ядро отпускают, оно начинает участвовать в двух независимых движениях: оно продолжает по инерции двигаться вперед с той же горизонтальной скоростью $v$ и одновременно начинает падать вертикально вниз под действием силы тяжести с ускорением $g$. Сложение равномерного горизонтального движения и равноускоренного вертикального движения приводит к тому, что траектория ядра для наблюдателя на берегу является параболой. Поскольку и ядро, и корабль за время падения проходят одинаковое расстояние по горизонтали, ядро упадет точно к основанию мачты.

С точки зрения матроса, стоящего на палубе корабля

Матрос находится в системе отсчета, которая движется вместе с кораблем. В этой системе отсчета корабль, мачта и ядро до падения неподвижны. Когда ядро отпускают, оно не имеет начальной горизонтальной скорости относительно корабля. Его единственное движение — это свободное падение вертикально вниз. Таким образом, матрос увидит, что ядро падает по прямой вертикальной линии и приземляется у основания мачты.

Ответ: Сравнивая эти два описания одного и того же события, Галилей должен был прийти к двум важнейшим выводам, которые легли в основу классической механики:

1. Принцип инерции: тело сохраняет состояние своего движения. В данном случае пушечное ядро сохраняет свою горизонтальную скорость, равную скорости корабля, и движется вперед вместе с ним. Это опровергало представление Аристотеля о том, что для поддержания движения необходима постоянная сила.

2. Принцип относительности: все механические процессы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (то есть в тех, которые покоятся или движутся прямолинейно и равномерно). Находясь на корабле, невозможно с помощью механических опытов (как падение ядра) определить, движется ли корабль с постоянной скоростью или стоит на месте. Это означает, что не существует абсолютного покоя или абсолютного движения — любое движение относительно.