.
Меню сайта
|
ДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ. ОСНОВА МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ. Равномерное движениеДВИЖЕНИЕ И ЭНЕРГИЯ. ОСНОВА МЕХАНИКИ НАШИХ ДНЕЙ. Равномерное движениеМеханика изучает движение тел и действие сил между ними. Главное свойство всякого движения — перемещение тела в пространстве. Наблюдая движущийся по шоссе автомобиль, мы прежде всего замечаем, что его положение относительно нашего «наблюдательного пункта» меняется. Если мы, начиная с некоторого момента, каждую секунду станем определять расстояние от автомобиля до нас, то получим представление о его движении. Действительно, при движении изменяются сразу две величины — расстояние и время. Расстояние относится к пространству, в котором происходит движение; время — независимая от движения величина, измеряемая часами. Чтобы описать движение тела, обычно рисуют график, на котором показано, как далеко ушло тело в каждый момент движения (рис. 1). Одно и то же механическое тело, наблюдаемое из разных пунктов, совершает неодинаковые движения. Два человека, одновременно следящие за одним и тем же автомобилем и определяющие расстояние до него, могут утверждать, что от одного наблюдателя автомобиль убегает, а к другому приближается, расстояние от автомобиля до первого наблюдателя увеличивается, а до второго уменьшается. Так кто из них прав? Или вот еще пример. Два автомобиля двигаются друг за другом с одинаковой скоростью; наблюдателю, сидящему в одном из них, другой автомобиль будет казаться неподвижным. Из всего этого следует очень важный вывод: движение тел относительно разных наблюдателей различно, а само движение относительно. Поэтому, когда хотят точно описать движение какого-либо тела, заранее уславливаются, какой именно наблюдатель его видит. На первый взгляд кажется, что такое условие только мешает изучать движение. Действительно, что можно сказать о движении тела, если относительно одного наблюдателя оно удаляется, к другому приближается, а для третьего и вовсе стоит на месте. Нельзя ли выбрать такой «наблюдательный пункт», относительно которого движение тела выглядело бы «настоящим», «абсолютным»? Ответ на этот вопрос ученые искали с тех времен, когда Ньютон построил стройное здание так называемой классической механики. И эти поиски привели к тому, что в начале XX в. классическую механику пришлось дополнить новой, так называемой релятивистской механикой, которую создал Эйнштейн. До Эйнштейна классическая механика отвечала на этот вопрос так. Если тело двигается равномерно и прямолинейно, то на прямолинейном пути оно проходит за равные отрезки времени одно и то же расстояние. График такого движения изображен на рисунке 2. Каждая точка графика показывает, какое расстояние прошло тело от наблюдателя, находящегося в точке О за время t. Этот путь выражается формулой:
где v — скорость тела. Можно построить график движения и для наблюдателя в точке О1, находящейся на расстоянии s от первого наблюдателя. Если обозначить расстояние тела от этого второго наблюдателя через х1, то легко получим:
Таким образом, зная, как двигается тело относительно одного наблюдателя, можно определить, как оно будет двигаться относительно любого другого, находящегося на пути движения тела. В нашем случае, когда vt<s, тело будет ко второму наблюдателю приближаться и в момент
— поравняется с ним, а при vt>s начнет от него удаляться.
Что же будет, если второй наблюдатель сам двигается со скоростью v0? Это значит, что расстояние s между неподвижным и подвижным наблюдателями зависит от времени и выражается формулой:
Таким образом, формулы (2) и (3) легко позволяют нам определить график движения относительно любых наблюдателей, подвижных или неподвижных, и это сразу снимает все неудобства при описании относительного движения. Во всех этих рассуждениях мы предполагали, что у всех наблюдателей время течет одинаково, т. е. часы идут совершенно синхронно, и их относительное движение не влияет на их ход. Если к формуле (3) добавить утверждение, что t=t1 (4) т. е. что время у обоих наблюдателей одно и то же, то мы получим формулы, которые называются преобразованиями Галилея. Галилео Галилей жил в XVII в. Он первым сформулировал в классической механике принцип относительности движения. У преобразований Галилея более глубокий смысл, чем это кажется на первый взгляд. Классическая механика утверждает, что эти формулы справедливы не только на Земле, но и во всей Вселенной. Следовательно, нужно предположить, что пространство обладает свойством однородности, т. е. оно всюду одинаково. Если эти формулы справедливы при движении в любом направлении — вверх, вниз, направо, налево и т. д.,— то пространство должно обладать и свойством изотропности, т. е. его свойства во всех направлениях одинаковы. Образно говоря, для пространства не существует ни верха, ни низа, ни правого, ни левого направления. Именно этими качествами и наделяет пространство классическая механика. Итак, изучая даже самое простое механическое явление — прямолинейное и равномерное движение тела,— мы должны признать очень важные гипотезы, чтобы не запутаться в описании движения относительно различных наблюдателей. Время универсально (едино для всех), пространство однородно и изотропно, и во всей Вселенной справедливы преобразования Галилея.
|
ПОИСК
Block title
|