Номер 37, страница 16 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Цель эксперимента: Экспериментально доказать, что траектория движения тела зависит от выбора системы отсчета.

Оборудование: Катушка с вырезом по краю, карандаш, экран (или любая ровная поверхность, например, стол).

Ход эксперимента:

Для демонстрации относительности траектории необходимо рассмотреть движение одного и того же объекта (кончика карандаша) в двух разных системах отсчета.

1. Наблюдение в системе отсчета, связанной с центром катушки.

Вставим карандаш в вырез на краю катушки. Удерживая катушку на одном месте (например, зафиксировав ее ось), будем равномерно вращать её. В этой системе отсчета, где катушка только вращается, а ее центр неподвижен, кончик карандаша движется по предсказуемой траектории. Если посмотреть на катушку с торца, мы увидим, что кончик карандаша описывает окружность.

2. Наблюдение в системе отсчета, связанной с неподвижной поверхностью (экраном).

Теперь поместим катушку с вставленным карандашом на горизонтальную поверхность (стол или большой лист бумаги, который будет служить экраном). Будем катить катушку по этой поверхности без проскальзывания. Чтобы зафиксировать траекторию, можно слегка наклонить катушку, чтобы карандаш оставлял след на бумаге. В этой системе отсчета, связанной с неподвижным столом, катушка совершает сложное движение, которое является суммой поступательного движения ее центра и вращательного движения вокруг этого центра. Траектория, которую чертит кончик карандаша на поверхности, будет уже не окружностью, а сложной кривой, которая в физике и математике называется циклоидой.

Вывод:

Один и тот же физический процесс — движение кончика карандаша на катящейся катушке — описывается разными траекториями в зависимости от выбранной системы отсчета. В системе отсчета, связанной с центром катушки, траектория — это окружность. В системе отсчета, связанной с поверхностью, по которой катится катушка, траектория — это циклоида. Данный эксперимент наглядно демонстрирует фундаментальный принцип механики — относительность траектории движения.

Ответ: Чтобы экспериментально показать относительность траектории движения, необходимо рассмотреть движение кончика карандаша, вставленного в край катушки, в двух разных системах отсчета. В первой системе отсчета, связанной с центром вращающейся на месте катушки, траектория кончика карандаша является окружностью. Во второй системе отсчета, связанной с неподвижной поверхностью (например, столом), по которой катится катушка, траектория кончика карандаша является кривой, называемой циклоидой. Поскольку для одного и того же движения форма траектории в разных системах отсчета различна (окружность и циклоида), это доказывает относительность траектории.