На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









3. Система отсчета

Как уже отмечалось, для описания движения тела всегда надо выбрать некоторое другое тело, относительно которого рассматривается движение. Однако достаточно ли для изучения движения иметь только тело отсчета (т. е. тело, относительно которого мы рассматриваем движение) или нужно еще что-то?
 
Вспомним, что скорость измеряется единицей пути, пройденной за единицу времени. Если, например, автомашина за 3 часа проходит путь 240 км, то ее средняя скорость равна 80 км/час. Отсюда видно, что для измерения скорости необходимо измерить длину пути и промежуток времени. Следовательно, для определения скорости тело отсчета должно иметь часы и масштаб для измерения расстояний (рис. 2). Тело отсчета, снабженное часами и масштабом, в дальнейшем будем называть системой  отсчета.  Движение   каждого    тела   можно   изучать только относительно какой-либо выбранной системы отсчета. Движение тела относительно системы отсчета будем называть просто движением в системе отсчета.

Маленькое изображениеРис. 2. Изображение системы отсчета

При выборе системы отсчета конструкция используемых масштабов и часов нас не интересует. Единственное требование, которое мы предъявляем, состоит в том, чтобы часы шли идеально точно и масштаб был абсолютно жестким, т. е. что длина масштаба все время должна оставаться неизменной. В действительности же в нашем распоряжении нет ни идеальных часов, ни идеальных масштабов. Это значит, что при измерениях мы всегда получаем неточные результаты. С развитием измерительной техники повышается и точность измерений. В современных физических лабораториях имеются кварцевые часы, которые ошибаются за сутки только на 0,0001 сек, причем при измерении коротких промежутков времени их точность повышается еще в 10 раз. При измерении расстояний в несколько метров достигнута точность, где ошибка не превышает 0,000 000 05 части измеряемой величины. Это значит, например, что при измерении стержня длиной полметра ошибка составит всего лишь 2,5 миллионных долей сантиметра. Точность часов и масштабов определяет границы,  в которых можно непосредственно проверить выводы теории. Чем точнее измерительные приборы, тем более точной проверке может подвергаться теория. Но при создании теории всегда предполагается, что промежутки времени и расстояния можно измерять идеально точно.
 
При изучении любого движения прежде всего следует выбрать систему отсчета, которая не обязательно должна быть каким-то реальным телом с реальными часами и масштабом. Система отсчета может быть и воображаемой, важно только, чтобы она была точно определена. Воображаемые системы отсчета часто используют, например, при изучении движения двойных звезд.
 
Двойная звезда — это система, состоящая из двух звезд (рис. 3), каждая из которых в отдельности называется компонентом двойной звезды. Оказывается, что траектории движения компонентов выглядят проще всего в системе отсчета, связанной с центром масс: оба компонента движутся вокруг центра масс по эллиптическим орбитам. Центр масс двойной звезды не является материальным телом — это воображаемая точка в пространстве. Отсюда ясно, что иной раз целесообразно пользоваться и воображаемой системой отсчета.

Маленькое изображениеРис. 3. Двойная звезда.
Пунктирная линия— траектории движения компонентов двойной звеады α и β вокруг центра масс Р

Наблюдение природы всегда сопровождается подсознательным измерением. Мы можем приблизительно судить о величине любой вещи, которую видим, и можем сказать, сколько приблизительно длилось то или иное событие. Конечно, такая оценка неточна, но по существу это все-таки измерение. Масштабом, с которым неосознанно сравниваются наблюдаемые предметы, является, например, человеческий рост, часами же — ритмические процессы, происходящие в организме (например, пульс). Чтобы убедиться в сказанном, достаточно вспомнить детские впечатления. Несомненно, каждый может вспомнить, как в детстве многие предметы казались гораздо большими, чем они выглядят теперь.
 
Откуда такое странное впечатление, что в детстве все вещи были значительно большими? Ответ простой: сам человек, а вместе с ним и его масштаб измерений выросли. Естественно, что сравнения показывают теперь, как будто все вещи уменьшились.
 
У человека есть еще одна особенность: основываясь на своем непосредственном восприятии, он всегда склонен считать себя неподвижным и скорости всех предметов измерять относительно себя. Поэтому с полным правом можно принять человека за систему отсчета и сказать: описание движения тела в некоторой системе отсчета дает такую же картину движения, какую увидел бы наблюдатель, находящийся на теле отсчета. Описание двойной звезды в системе отсчета, связанной с центром масс, означает представление движения компонентов двойной звезды таким, каким его увидел бы наблюдатель, находясь в центре масс звезды.
 
  Очевидно, что разные наблюдатели получат различные картины одного и того же явления. Другими словами, картина движения зависит от того, в какой системе отсчета мы описываем движение. Так, например, если искусственный спутник Земли обращается вокруг Земли, его траекторией будет эллипс. Но Земля в свою очередь обращается вокруг Солнца. Следовательно, искусственный спутник Земли также обращается вокруг Солнца, одновременно совершая виток за витком вокруг Земли. С Солнца его траектория представилась бы нам спиральной линией, огибающей Солнце. При желании мы можем вычислить точную форму траектории искусственного спутника Земли относительно Солнца. Здесь выражается очень важный факт: если дана картина движения в одной системе отсчета, то всегда можно определить картину того же движения в некоторой другой системе отсчета (разумеется, должно быть известно относительное движение систем). Так, например, движение компонентов двойных звезд мы наблюдаем только с Земли, но, несмотря на это, не представляет труда описать, как будет выглядеть это движение, если его рассматривать относительно центра масс звезды.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.