Глава 4. Движение
Мир, окружающий нас, находится в постоянном движении, в нем происходят непрерывные изменения. Можно привести много примеров, в которых присутствуют самые разнообразные изменения, происходящие с материей. Эти изменения называются движением. Движение является способом существования материи.
Формы движения материи отличаются друг от друга. Так, например, движение машин, полеты самолетов, течение рек, передвижение людей, плавание рыб мы относим к механическому движению. К нему же относится и движение Земли и других планет вокруг Солнца, движение самого Солнца.
Беспорядочное движение молекул и атомов внутри тел представляет собой другой вид движения, которое называется тепловым.
Кроме этих движений существуют и другие: электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц; передача телевизионных изображений на расстоянии – это тоже один из видов движения.
Движение – это неотъемлемое свойство, присущее всем телам, всем предметам в природе, всем формам материи, т.е. всему материальному миру.
§ 20. Механическое движение
Наблюдая за перемещением людей и автомобилей, полетами самолетов и падением метеоритов можно отметить, что общим является то, что все эти тела, находящиеся как на Земле, так и в космосе, изменяют свое положение в пространстве относительно других тел. И это изменение происходит не мгновенно, а с течением времени.
Рис.3.1 Как вы думаете, какие из изображенных на рис.3.1 тел изменяют свое положение, а какие нет? |
Внимательно присмотревшись к окружающему вас миру, попробуйте привести примеры ситуаций, когда тела изменяют свое положение в пространстве.
Изменение положения тела или отдельных его частей в пространстве относительно других тел с течением времени называется механическим движением.
Раздел физики, изучающий механическое движение называется механикой.
Основной задачей механики является определение положения тела в пространстве в любой момент времени.
Например, поезд, движущийся в каком-то направлении и с какой-то скоростью, будет постоянно изменять свое положение в пространстве. Но законы механики позволят определить положение поезда в любой момент времени.
Вопросы для самоконтроля:
Что называется физическим явлением?
Дайте определение механического движения?
Приведите примеры механических явлений, с которыми вы встречались в жизни.
Назовите основную задачу механики.
Какие физические тела могут участвовать в механическом движении?
Как определить движется данное тело или нет?
§ 21. Относительность механического движения
Сложность изучения механического движения состоит в том, что оно происходит относительно каких-то тел.
Для того, чтобы это понять, будем рассматривать движение тел с позиций двух наблюдателей: одного, находящегося на земле, а другого – в движущемся теле.
Так, например, для наблюдателя, находящегося в движущемся поезде, пассажиры, сидящие в вагоне и сам вагон неподвижны, а деревья и здания движутся; а для наблюдателя, находящегося на перроне неподвижны здания и деревья, зато вагон с пассажирами движется. Туристы, плывущие по течению реки на плоту, считают себя неподвижными относительно плота и воды, а берега реки и все, что находится на них, будут двигаться. Для наблюдателя, стоящего на берегу все происходит наоборот.
Человек, поднимающийся по эскалатору метро, может быть неподвижным относительно здания вокзала, если эскалатор будет двигаться с той же скоростью, но вниз.
Из этих примеров следует, что движение одних тех же тел с точки зрения разных наблюдателей выглядит по-разному. Следовательно, для описания движения любого тела, нам необходимо сначала выбрать тело, относительно которого будет рассматриваться данное движение.
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчета. Тело отсчета условно считается неподвижным, а изучаемые тела могут, как двигаться, так и покоиться относительно него.
Выбирать тело отсчета необходимо так, чтобы максимально упростить изучение движения тела. Так, например, когда человек едет на машине, то удобнее за тело отсчета взять тело, расположенное на поверхности земли, машина же будет движущимся телом. Изучая движение катера по реке можно брать за тело отсчета и землю и реку, но расчет движения в этих случаях будет вестись по-разному. Так, например, спасательный круг, выброшенный за борт катера, все время остается неподвижным относительно воды в реке, и движется относительно катера и берега.
Подумайте, как будет выглядеть движение спасательного круга и катера, плывущего сначала по течению, а потом против него, относительно двух наблюдателей, один из которых находится на земле, а второй на катере?
Пассажир отъезжающего с вокзала поезда будет считать, что предметы, лежащие на полках вагона неподвижны, а провожающие его люди, стоящие на перроне, будут утверждать, что эти предметы вместе с пассажиром движутся. Кто же из них прав? Оказывается, что правы обе стороны. Верность их рассуждений состоит в том, что они выбрали для описания движения разные тела отсчета.
Из всего выше сказанного видно, что любое механическое движение является относительным.
Если тело находится в состоянии покоя относительно какого-то тела отсчета, то всегда можно найти другое тело, относительно которого данное тело движется. А это означает, что в окружающем нас мире нет тел, находящихся в абсолютном покое. В природе не существует абсолютного покоя, так же как не существует абсолютного движения.
Обратившись к истории физики можно отметить такой любопытный факт. К концу 18 века возникла гипотеза о существовании абсолютно покоящейся среды, которую назвали «мировой эфир». Относительно «мирового эфира» можно определить абсолютную скорость любого тела. Исследования по обнаружению «мирового эфира» дали отрицательный результат, т.е. было экспериментально доказано, что абсолютно неподвижных тел нет.
Необходимо отметить следующее: одно и то же тело одновременно может совершать разные движения относительно различных тел отсчета.
В свое время Эйнштейн объяснил относительность движения своему соседу по вагону следующим образом: «Это когда Цюрих остановится у этого поезда». Цюрих – крупный город в Швейцарии. Перефразируя Эйнштейна, можно сказать об относительности так: «Относительность движения – это когда Астана приезжает к твоему вагону, а не ты приезжаешь в Астану».
Вопросы для самоконтроля:
Вам необходимо объяснить первокласснику термин «относительность механического движения». Как вы это сделаете?
Какое тело называют телом отсчета? Какие тела выбирают в качестве тел отсчета?
Мальчик скатывается с горы на велосипеде. Что вы можете сказать о движении мальчика относительно а) земли; б) рамы велосипеда; в)колеса велосипеда?
Что на самом деле движется: Земля вокруг Солнца или Солнце вокруг Земли? Докажите свою гипотезу.
Приведите примеры случаев, когда одно и тоже тело неподвижно относительно одних тел и движется относительно других?