§6. Механічний рух. Відносність руху та спокою

ГДЗ Фізика 7 клас Бар’яхтар

Згадайте: ви сидите у вагоні потяга й дивитеся на інший потяг, який стоїть на сусідній колії. Раптом вам здається, що ваш потяг рушив з місця, адже за вікном почали пропливати вагони сусіднього потяга. І тут ви дивитесь у вікно навпроти і… розумієте, що ваш потяг, як і раніше, стоїть на пероні. А якби вікна навпроти не було, змогли б ви з’ясувати, чи ваш потяг відправився від станції?

Коли ми сидимо у вагоні потяга і бачимо, що за вікном починають рухатися вагони сусіднього потяга, ми не можемо одразу сказати, який саме потяг рушив з місця - наш чи сусідній. Це явище називається відносним рухом.

Якщо подивитися у вікно з протилежного боку вагона, то можна побачити, чи рухається перон відносно нашого потяга. Якщо перон залишається нерухомим - значить рушив сусідній потяг. А якщо перон почав рухатися - тоді відправився наш потяг.

Тобто вікно навпроти дає додаткову точку відліку, відносно якої можна визначити, який об’єкт насправді рухається. Без цього вікна ми могли б хибно вирішити, що рухаємося, хоча насправді стоїмо на місці.

Звісно, є й інші ознаки, за якими можна зрозуміти, чи рушив потяг:

Відчуття прискорення при початку руху
Шум і вібрація від працюючих двигунів
Оголошення по гучномовцю про відправлення

Але найнадійнішим способом все ж залишається спостереження за нерухомими об’єктами за вікном - будівлями, деревами, пероном. Якщо вони почали рухатися відносно потяга, значить потяг дійсно відправився від станції.

Отже, вікно з протилежного боку вагона є важливим орієнтиром для визначення, чи почав рухатися наш потяг. За його відсутності ми могли б помилково сприйняти рух сусіднього потяга за свій власний.

Яке тіло, на вашу думку, доцільно обрати за тіло відліку, досліджуючи ваш рух на перерві; під час подорожі?

Досліджуючи рух на перерві, доцільно обрати за тіло відліку будівлю школи або ділянку шкільного подвір’я. Під час подорожі за тіло відліку зручно взяти транспортний засіб, в якому ви рухаєтесь (автомобіль, потяг тощо).

Наведіть приклади, коли людину, Землю, олівець, дерево можна вважати матеріальною точкою, а коли не можна.

Приклади, коли об’єкти можна і не можна вважати матеріальною точкою:

Людина:

Можна вважати м.т. - при дослідженні руху людини відносно Землі на великих відстанях (подорож між містами).
Не можна вважати м.т. - при дослідженні руху частин тіла людини під час ходьби, бігу, танців.

Земля:

Можна вважати м.т. - при дослідженні руху Землі навколо Сонця.
Не можна вважати м.т. - при дослідженні обертання Землі навколо своєї осі, руху літосферних плит.

Олівець:

Можна вважати м.т. - при дослідженні падіння олівця з парти на підлогу.
Не можна вважати м.т. - при дослідженні процесу письма, коли важливо враховувати рух грифеля відносно корпусу олівця.

Дерево:

Можна вважати м.т. - при дослідженні відстаней між деревами в саду або лісі.
Не можна вважати м.т. - при дослідженні коливань гілок і листя дерева під дією вітру.

Отже, вибір тіла відліку і можливість розглядати об’єкт як матеріальну точку залежать від масштабів і мети дослідження руху. Якщо розміри тіла малі порівняно з характерними відстанями задачі, то ним можна знехтувати.

А ЯК НАСПРАВДІ?

Клавдій Птолемей стверджував, що Земля нерухомо висить у просторі, а Сонце обертається навколо неї. Микола Коперник, навпаки, вважав, що нерухомим є Сонце, а рухається Земля. Хто з них був правий? Чи, може, обидва помилялися?

Насправді, і Клавдій Птолемей, і Микола Коперник частково помилялися у своїх твердженнях щодо руху Землі та Сонця.

Клавдій Птолемей вважав, що Земля є нерухомим центром Всесвіту, а Сонце, Місяць, планети та зірки обертаються навколо неї. Ця модель, відома як геоцентрична, була загальноприйнятою в античні часи та середньовіччя.

Микола Коперник запропонував альтернативну модель, в якій Сонце є центром Всесвіту, а Земля та інші планети обертаються навколо нього. Ця модель, відома як геліоцентрична, була революційною для свого часу.

Сучасне розуміння:

Насправді обидві моделі не зовсім точні з точки зору сучасної науки:

Сонце не є нерухомим центром Всесвіту, як вважав Коперник. Воно рухається в просторі разом з усією Сонячною системою.
Земля не є центром Всесвіту, як стверджував Птолемей. Вона є однією з планет, що обертаються навколо Сонця.
Всесвіт не обмежується Сонячною системою. Існують мільярди галактик, кожна з яких містить мільярди зірок.

Отже, модель Коперника була ближчою до істини, ніж модель Птолемея, але все ж не зовсім точною з точки зору сучасних знань про Всесвіт. Проте, його ідеї стали важливим кроком на шляху до розуміння справжньої будови Сонячної системи та Всесвіту в цілому.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Дайте означення механічного руху. Наведіть приклади.

Механічний рух - це зміна із часом положення тіла або частин тіла у просторі відносно інших тіл. Приклади механічного руху: рух галактик у Всесвіті, обертання Землі навколо Сонця, рух мікробів у краплині води.

2. Що таке тіло відліку?

Тіло відліку - це тіло, відносно якого розглядається положення рухомого тіла. За тіло відліку можна взяти будь-яке тіло, виходячи з міркувань зручності, наприклад, дерево, автомобіль, планету Земля чи Сонце.

3. Як задають систему координат?

Система координат задається за допомогою однієї, двох або трьох координатних осей. Уздовж осей відкладають відстані в обраному масштабі, наприклад у кілометрах або метрах.

4. Які об’єкти утворюють систему відліку?

Тіло відліку — фізичне тіло або набір тіл, відносно яких розглядається положення і рух інших тіл.
Система координат — набір координатних осей, за допомогою яких визначають положення тіла в просторі.
Годинник — прилад для вимірювання часу, який синхронізований з системою координат для визначення моментів часу, коли відбуваються події або зміни положення тіл.

Ці три компоненти разом утворюють систему відліку, яка використовується для опису механічного руху та інших фізичних явищ

5. У яких випадках тіло, що рухається, можна розглядати як матеріальну точку?

Тіло, що рухається, можна розглядати як матеріальну точку, коли його розміри набагато менші, ніж відстані, які воно долає. У таких випадках тіло замінюють фізичною моделлю - матеріальною точкою, що не має розмірів, але має масу, яка дорівнює масі даного тіла.

6. Як ви розумієте вираз «механічний рух є відносним»?

Вираз “механічний рух є відносним” означає, що стан руху і стан спокою тіла залежать від вибору тіла відліку. Одне й те саме тіло може рухатися відносно одних тіл і залишатися нерухомим відносно інших. Наприклад, людина, що сидить у потязі, рухається відносно землі, але перебуває у спокої відносно вагона.

ВПРАВА № 6

1. Визначте, відносно яких тіл розглядають рух у прикладах: а) шматок пінопласту нерухомо лежить на поверхні води в річці; б) повз автомобіль «пролітають» придорожні стовпи; в) Сонце сідає на заході.

а) Рух шматка пінопласту розглядають відносно води в річці. Відносно води пінопласт перебуває у спокої.

б) Рух придорожніх стовпів розглядають відносно автомобіля. Відносно автомобіля стовпи рухаються.

в) Рух Сонця розглядають відносно Землі. Відносно горизонту Сонце рухається, хоча насправді це обертання Землі створює ілюзію руху Сонця.

2. Розгляньте рисунок. Чи рухаються люди? Наведіть аргументи на підтвердження своєї думки. Чи можна знайти тіло, відносно якого люди не рухаються?

Розглянувши рисунок, можна зробити наступні висновки:

Люди рухаються. Аргументи на підтвердження:
- Їхні пози динамічні, вони зображені під час ходьби/бігу по пляжу.
- Собака на повідку також у русі, що вказує на рух людей.
- Розташування фігур одна за одною створює враження руху вперед.
Тіло, відносно якого люди не рухаються: Так, можна знайти. Люди не рухаються відносно один одного, якщо вони підтримують однакову швидкість і напрямок руху. У цьому випадку вони зберігають постійне положення відносно один одного, хоча всі разом рухаються відносно землі.

Важливо зазначити, що рух є відносним поняттям. Хоча люди рухаються відносно пляжу та океану, вони можуть бути нерухомими відносно один одного, якщо підтримують однакову швидкість і напрямок руху.

3. Під час Першої світової війни стався такий випадок. Піднявшись на висоту 2 км, пілот побачив біля свого обличчя якийсь предмет. Подумавши, що це комаха, пілот спіймав предмет. Але «комаха» виявилась кулею з рушниці. Чому пілот зміг спіймати кулю?

Пілот зміг спіймати кулю, тому що вона рухалась з такою ж швидкістю, як і літак. Відносно літака куля перебувала у спокої, тому пілот сприйняв її як нерухому. Це приклад відносності механічного руху.

4. Чи можна вважати космічний корабель матеріальною точкою, коли він: а) здійснює переліт Земля — Марс? б) здійснює посадку на поверхню Марса?

а) Під час перельоту Земля-Марс космічний корабель можна вважати матеріальною точкою, бо відстань між планетами набагато більша за розміри корабля.

б) Під час посадки на Марс розміри корабля вже не можна не враховувати, тому в цьому випадку його не можна вважати матеріальною точкою. Під час посадки важливо враховувати розміри та форму корабля, оскільки вони впливають на аеродинамічні властивості, стійкість, точність посадки та взаємодію з поверхнею планети. У цьому випадку розміри корабля мають значення, і його не можна розглядати як матеріальну точку

5. Координати дерева, каменя та світлофора, розташованих на узбіччі прямолінійної ділянки дороги, відповідно такі: хд=—1 км; хк=2 км; хс=3,5 км. Накресліть координатну вісь, позначте на ній початок координат і положення зазначених тіл. Визначте відстані між тілами.

 Д           К           С
 |---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-1   0   1   2  2.5 3  3.5  4   5   6  км

Відстані:

Дерево - Камінь: 2 - (-1) = 3 км

Камінь - Світлофор: 3.5 - 2 = 1.5 км

Дерево - Світлофор: 3.5 - (-1) = 4.5 км

Грибник спочатку був у точці А з координатами х=200 м, і/= 100 м. За годину він перемістився в точку В, розташовану на відстані 1,5 км від точки А у напрямку на південь, а ще через пів години — в точку С, розташовану на відстані 400 м від точки В у напрямку на захід. Накресліть у зошиті систему координат, зобразіть зазначені точки та визначте їхні координати. Нехай напрямок осі ОХ є напрямком на схід, а напрямок осі ОУ — напрямком на північ.

Координати точок: А (200, 100) В (200, -1400) С (-200, -1400)