..:: FIZYKA ::..

Kinematyka

Część I
Względność ruchu

Już dość pobieżna obserwacja otaczającego świata wywołuje w nas określone poczucie. Gdy obserwujemy obiekty astronomiczne i ich położenie na niebie, kiedy dostrzegamy zachowanie rzucanego przez Słońce cienia, przyglądamy się zmianom towarzyszącym upływającym dniom, podróżujemy lub przyglądamy się wydarzeniom za oknem nabieramy przekonania, że nie tylko najbliższe nasze sąsiedztwo ale cały dostrzegany przez nas Wszechświat jest w nieustannym ruchu.

Między innymi dlatego, pojęcie ruchu, jego klasyfikacja i definicje z nim związane są tak ważne. W naszym przypadku stanowią one pewnego rodzaju punkt wyjścia, zarówno do jakościowego jak i ilościowego poznania przyrody.

Ważne jest to, że możemy:

• zebrać i poklasyfikować wnioski z wyciągniętych obserwacji,
• zdefiniować kilka podstawowych zależności,
• i na tej podstawie spróbować opisać świat w sposób ścisły, tak by pozbyć się jakże urzekającej w innych obszarach życia dwuznaczności.

Poniżej przedstawiamy zestawienie najważniejszych pojęć koniecznych do opanowania na tym etapie nauki. Należy umieć w kilku zdaniach wyjaśnić, jaka informacja jest ukryta pod danymi określeniami. Tam gdzie wydaje się to możliwe potrafić podać odpowiednie przykłady.

Ruch jako pojęcie względne

Kiedy rozmawiamy na temat zachowania się ciał, przyglądając się pewnym sytuacjom bardzo szybko dochodzimy do wniosku, że tak właściwie coś z tym ruchem jest nie tak. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że nie ma o czym mówić jedne ciał poruszają się a inne nie. Jednak chwile później zaczynamy zauważać możliwość powiedzenia o pewnych ciałach, że są w ruchu względem jednych ciał natomiast spoczywają względem drugich.

Ci którzy mają okazję podróżować koleją, powinni znać uczucie kiedy za oknem zaczynamy zostawiać stojący po drugiej stronie peronu pociąg. Ale już po chwili uświadamiamy sobie, że to on wystartował a my pozostajemy w spoczynku.

Właśnie, pozostajemy w spoczynku względem peronu a ten drugi pociąg względem tego samego peronu porusza się. On porusza się względem nas a my poruszamy się względem niego. Ruch po prostu jest pojęciem względnym.

Zresztą wystarczy spojrzeć w niebo. Jeszcze parę godzin temu Słońce było z lewej strony a teraz jest z prawej. I co właściwie się porusza. Słońce czy my wirując razem z naszą Ziemią. By to rozstrzygnąć powinniśmy wylecieć w kosmos i spojrzeć na naszą planetę i Słońce na tle nieruchomych odległych gwiazd tak jak obserwujemy latające ptaki na tle nieruchomych chmur.

Układy odniesienia w otaczającym na środowisku

Nie dość, że ruch jest pojęciem względnym to jeszcze mówimy o nim względem jakiegoś układu odniesienia. Za układ odniesienia będziemy uważali każde ciało lub układ ciał na tle których możemy rozsądzać o danym ruchu. Wybór układu (nie dowolność) jest konieczny właśnie z powodu względności ruchu. Zaraz to wyjaśnimy.

• Jeśli nie wyodrębnimy układu odniesienia (na przykład domu, drzewa czy gwiazd) to dla jednego obserwatora dane ciało będzie się poruszać a dla drugiego nie. W tym wypadku jeśli obaj badają ruch tego samego ciała może się okazać, że trudno będzie im porównać uzyskane wnioski.
• Jeśli umówimy się co do naszego układu odniesienia (ustalimy jakie ciała go stworzą) wówczas będziemy mogli porównać nasze obserwacje, zobaczyć czy są takie same a jeśli nie to zastanowić się kto popełnił błąd w opisie obserwacji.

Układ odniesienia a układ współrzędnych

Z każdym układem odniesienia możemy powiązać znany z matematyki układ współrzędnych. Pozwala nam to na bardzo precyzyjną obserwację i zapisanie wniosków w postaci liczb. Układ współrzędnych pozwala tęż łatwo i precyzyjnie opisać w jakim kierunku ruch się odbywał.

W celu zbudowania układu współrzędnych najlepiej skorzystać z prostej metody. Zawsze to rób tak by było jak najprościej, czyli:

Raz:
Jeśli opisujesz doświadczenie, w którym jakiś wózek na przykład na torze powietrznym, albo sprinter na bieżni, poruszają się wzdłuż linii prostej twój układ współrzędnych może mieć tylko jedną oś liczbową X ułożoną zgodnie z kierunkiem rzeczywistego ruchu. Tutaj układ współrzędnych wiążesz z torem powietrznym bądź bieżnią, które są twoimi układami odniesienia.

Dwa:
Jeśli ruch odbywa się na jakimś placu, powierzchni płaskiej powinieneś go opisać w układzie współrzędnych XY z dwoma prostopadłymi względem siebie osiami (przecinającymi się pod kątem prostym).

Trzy:
W przypadku ruchu w pomieszczeniu, na przykład przy opisie latającej muchy po całej przestrzeni klasy, lub kiedy chcemy opisać skomplikowany ruch pojazdu przemieszczającego się po krętych drogach w górskim terenie konieczne będzie użycie trójwymiarowego układu współrzędnych. Taki układ posiada trzy osie XYZ ułożone jak miejsce połączenia ścian pomieszczenia ze sobą i z podłogą. Wszystkie trzy osie przecinają się pod kątem prostym. W takim układzie najtrudniej opisać ruch.

Koniec części I

Jeśli masz jakieś uwagi, pytania odnośnie tego działu skorzystaj z
forum fizyka

GÓRA         SZKOŁA