Номер 2, страница 11 - гдз по физике 9 класс учебник Исаченкова, Сокольский

2. Какие характеристики движения относительны? Объясните почему.

Решение

Относительность движения — это фундаментальный принцип в механике, который утверждает, что описание движения тела всегда зависит от выбора системы отсчета. Следовательно, большинство кинематических характеристик движения являются относительными.

К относительным характеристикам движения относятся:

• Положение (координаты) тела. Положение объекта определяется набором координат, которые напрямую зависят от расположения начала координат и ориентации осей выбранной системы отсчета.
• Состояние покоя или движения. Тело, которое находится в покое относительно одной системы отсчета, может одновременно двигаться относительно другой. Поэтому покой — это частный случай движения, и оба состояния относительны.
• Траектория. Это линия, которую описывает тело при своем движении. Форма траектории может кардинально отличаться в разных системах отсчета.
• Перемещение. Вектор, проведенный из начального положения тела в его конечное положение. Так как положение тела относительно, то и вектор перемещения за один и тот же промежуток времени будет разным в разных системах отсчета.
• Скорость. Векторная величина, характеризующая быстроту и направление движения. Скорость тела зависит от того, относительно какой системы отсчета она измеряется.

Почему эти характеристики относительны?

Их относительность вытекает из того, что для описания любого движения необходимо выбрать "точку отсчета" — тело или систему тел, относительно которых это движение будет рассматриваться. Без указания системы отсчета такие понятия, как "скорость 10 км/ч" или "тело неподвижно", не имеют физического смысла.

Приведем наглядный пример.

Представьте себе пассажира, который сидит в вагоне поезда, движущегося со скоростью 60 км/ч относительно земли.

1. В системе отсчета, связанной с вагоном поезда:
   • Положение пассажира не меняется.
   • Он находится в состоянии покоя.
   • Его скорость и перемещение равны нулю.
   • Траектория — это точка.
2. В системе отсчета, связанной с землей (например, с железнодорожной станцией):
   • Положение пассажира постоянно меняется.
   • Он находится в состоянии движения.
   • Его скорость равна скорости поезда, то есть 60 км/ч.
   • Его траектория — прямая линия (если движение поезда прямолинейное).

Если этот же пассажир бросит мяч вертикально вверх, то в системе отсчета, связанной с поездом, траектория мяча будет прямой линией (вверх и вниз). Однако для наблюдателя, стоящего на земле, траектория мяча будет параболой, так как к вертикальному движению мяча добавится его горизонтальное движение вместе с поездом.

Зависимость скорости от системы отсчета в классической механике описывается законом сложения скоростей. Скорость тела $ \vec{v}_{13} $ относительно "неподвижной" системы отсчета (3) равна векторной сумме его скорости $ \vec{v}_{12} $ относительно "подвижной" системы отсчета (2) и скорости самой подвижной системы отсчета $ \vec{v}_{23} $ относительно неподвижной:

$ \vec{v}_{13} = \vec{v}_{12} + \vec{v}_{23} $

Этот закон математически доказывает относительность скорости и, как следствие, перемещения.

Ответ: Относительными характеристиками движения являются положение (координаты), траектория, перемещение и скорость, а также состояние покоя. Они относительны, потому что их значения и вид полностью зависят от выбора системы отсчета. Тело может покоиться в одной системе отсчета (пассажир в поезде) и двигаться в другой (тот же пассажир относительно земли), а траектория его движения может быть прямой в одной системе и криволинейной в другой.