Układ odniesienia i względność ruchu
W tej lekcji1/14
Siedzisz w pociągu na stacji, tuż obok stoi drugi pociąg. Nagle za oknem wszystko rusza... i przez chwilę nie wiesz: to my jedziemy czy tamten pociąg? Każdy zna to uczucie — i ono jest znakomitym pytaniem fizycznym. Skoro nie umiesz od razu powiedzieć, kto się porusza, to może samo pytanie: czy coś się porusza — jest podchwytliwe? Zaczynamy dział o ruchu, a na start rozbroimy właśnie tę zagadkę.
Ruch zawsze jest WZGLĘDEM czegoś
Wróćmy do pociągu. Jedziesz, a na fotelu obok śpi pasażer. Czy on się porusza?
Układ odniesienia, czyli względem czego mierzymy
To ciało, względem którego opisujemy ruch, nazywamy układem odniesienia. Może nim być wagon, peron, drzewo przy torach, jadący rowerzysta — cokolwiek wybierzemy.
Czy istnieje coś naprawdę nieruchomego?
Może myślisz: dobrze, ale przecież peron NAPRAWDĘ stoi, a pociąg NAPRAWDĘ jedzie. Wystarczy zawsze mierzyć ruch względem ziemi i po kłopocie.
Tylko że... ziemia też nie stoi.
Ile naprawdę pędzisz, siedząc w ławce
- 1
Ziemia obraca się wokół własnej osi — razem z peronem, torami i tobą. W Polsce oznacza to karuzelę o prędkości kilkuset metrów na sekundę.
- 2
Cała Ziemia pędzi wokół Słońca. W czasie jednej lekcji przelatujesz ze swoją ławką ponad 80 tysięcy kilometrów!
- 3
A Słońce krąży wokół środka naszej Galaktyki jeszcze szybciej.
Wszystkie 3 kroków odsłonięte.
Nieruchomy punkt Wszechświata nie istnieje
Wniosek: nie istnieje układ odniesienia, który byłby absolutnie nieruchomy. Nie da się wskazać punktu we Wszechświecie, który stoi naprawdę, a wszystko inne się rusza.
Jedno ciało, trzy odpowiedzi — krok po kroku
- 1
Lecisz samolotem i idziesz środkiem kabiny w stronę kokpitu, spokojnym krokiem . Samolot leci względem ziemi z prędkością . Pytanie: czy się poruszasz?
- 2
Układ odniesienia: samolot. Względem foteli i ścian kabiny idziesz — poruszasz się, powoli, . Pasażer, którego mijasz, widzi dokładnie to.
- 3
Układ odniesienia: ziemia. Ktoś patrzący z dołu widzi, że przesuwasz się razem z samolotem — pędzisz nad polami z prędkością około . Szybciej niż sam samolot, bo idziesz zgodnie z kierunkiem lotu.
- 4
Układ odniesienia: pasażer idący tuż obok ciebie w tym samym tempie. Względem niego w ogóle się nie poruszasz — odległość między wami cały czas jest taka sama. Jesteście względem siebie w spoczynku.
Wszystkie 4 kroków odsłonięte.
Stoisz spokojnie na ruchomych schodach w galerii, które wiozą cię w górę. Względem którego z wymienionych ciał jesteś w spoczynku?
Pułapka! Nie ma jednej prawdziwej odpowiedzi
Najczęstszy błąd w tym temacie wygląda tak: ktoś jest przekonany, że na pytanie, czy ciało się porusza, istnieje jedna prawdziwa odpowiedź — wystarczy ją znaleźć. Pasażer pociągu przecież ALBO się rusza, ALBO nie, prawda?
Nieprawda. Pytanie w tej formie jest po prostu niepełne — jak pytanie, czy do babci jest daleko, bez powiedzenia, skąd wyruszamy.
Dwie poprawne odpowiedzi na dwa różne pytania
Porównaj dwa pełne pytania o tego samego pasażera:
Szukaj w zadaniu słowa „względem”
Dlatego w zadaniach z tego działu zwracaj uwagę na słowo względem. Jeśli w pytaniu go nie ma, twoja pierwsza myśl powinna brzmieć: względem czego? Często autor zadania zakłada po cichu układ związany z ziemią — ale dobrze jest to zauważyć, a nie przyjąć bezwiednie.
Dwaj rowerzyści — ruch i spoczynek naraz
- 1
Ola i Bartek jadą obok siebie ścieżką rowerową, oboje ze stałą prędkością , koło w koło.
- 2
Układ odniesienia: drzewo przy ścieżce. Względem drzewa oboje są w ruchu — każde z nich oddala się od niego o 5 metrów w każdej sekundzie.
- 3
Układ odniesienia: Ola. Bartek cały czas jest tuż obok niej, odległość między nimi się nie zmienia. Względem Oli Bartek jest w spoczynku — i tak samo Ola względem Bartka.
- 4
Dlatego Ola może w trakcie jazdy podać Bartkowi bidon tak samo łatwo, jakby stali na parkingu. Dla nich dwojga nic się nie przesuwa.
Wszystkie 4 kroków odsłonięte.
W lecącym samolocie działa taśma, po której powoli jedzie wózek z napojami — od ogona w stronę kokpitu. Które zdanie jest poprawne i pełne?
Ściąga do zapamiętania
Układ odniesienia i względność ruchu
Układ odniesienia to ciało, względem którego opisujemy ruch (peron, wagon, drzewo, inny rowerzysta). Ruch i spoczynek są WZGLĘDNE: to samo ciało może spoczywać względem jednego układu i poruszać się względem innego — pasażer pociągu spoczywa względem wagonu, a pędzi względem peronu. Ciało spoczywa względem układu, gdy jego odległość od niego się nie zmienia (dwaj rowerzyści jadący koło w koło są względem siebie w spoczynku). Nie istnieje układ absolutnie nieruchomy — Ziemia obraca się wokół osi i krąży wokół Słońca z prędkością około 30 km/s. Mówiąc, że dom stoi, po cichu przyjmujemy układ związany z powierzchnią Ziemi. Pytanie, czy ciało się porusza, bez podania układu odniesienia jest niepełne.
Sprawdź się!
Odpowiedziano na 0 z 5 pytańSkróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.
Co to jest układ odniesienia?
Rysunek pokazuje, jak w ciągu trzech sekund przesunęły się wzdłuż torów drzwi wagonu i siedzący w fotelu pasażer. Które zdanie jest poprawne?
Rysunek pokazuje, o ile przesunęli się po ścieżce Ola i Bartek w ciągu dwóch sekund. Względem czego Bartek jest w spoczynku?
Dlaczego mówimy, że dom stoi, skoro Ziemia pędzi wokół Słońca z prędkością około 30 km/s?
Nauczycielka pyta: czy ten długopis się porusza? Czego brakuje w tym pytaniu, żeby dało się na nie jednoznacznie odpowiedzieć?