Co je to relativní pohyb: Příklady, vyčerpávající koncepce, problémy, časté dotazy

 

Co je to relativní pohyb?

Relativní pohyb je pohyb mezi dvěma interagujícími těly definovanými jako

"Pohyb těla se pohybuje vzhledem k jinému tělu, které se pohybuje nebo je v klidu, známé jako relativní pohyb mezi oběma interagujícími těly."

Příklady relativního pohybu

Vezměme si jeden z příkladů, které vysvětlují význam relativního pohybu mezi dvěma tělesy.

Předpokládejme, že cestujete s ostatními cestujícími ve vlaku, který se pohybuje rychlostí 40 km/h. Všimli jste si, že se ostatním cestujícím jevíte nehybně? Pokud vás ale někdo vidí zvenčí vlaku, zdá se mu váš pohyb podobný rychlosti vlaku.

Teorie relativního pohybu nám pomůže pochopit, proč se tyto pohyby u různých pozorovatelů liší.

Všechny pohyby mají různý vzhled nebo perspektivu, jak je vidíme z různých rámců. Kdykoli tedy interagují dvě těla, tyto různé rámce popisují pohyb mezi interagujícími těly jako „relativní pohyb“. 

Co je teorie relativního pohybu?

Pohyb je relativní průměr?

Když dvě pohybující se těla na sebe vzájemně působí, můžeme říci, že jejich pohyb je relativní. Ale další otázka zní 'vzhledem ke komu?', 

Pohyb dvou pohybujících se těles může vypadat odlišně pro různé pozorovatele na základě toho, jaké snímky pozorovali. Proto je jejich pohyb relativní k rámům pozorovatele.

Proč je pohyb relativní?

Relativní pohyb je odhad pohybu těla týkajícího se jiných pohybujících se nebo nehybných předmětů. To znamená, že pohyb není určen s odkazem na Zemi, ale s jiným pohybujícím se tělesem na Zemi.
Abychom porozuměli pohybu pohybujícího se těla, musíme ho pozorovat z konkrétních rámců - řekněme pohyb těla je vzhledem k tomuto rámu relativní.

Ujasněme si, že při definování „relativního pohybu“ bychom měli zvážit tři věci:

• dvě interagující těla
• pohyby těl
• rám pozorovatele

Absolutní pohyb vs. relativní pohyb

Absolutní pohyb	Relativní pohyb
Když je pohyb těla pozorován z pevného bodu, říká se, že je to absolutní pohyb.	Když neexistuje pevný bod pro pozorování pohybu těla, říká se, že je to relativní pohyb.
Poloha těla se v čase nemění.	Poloha těla se mění s časem.

Na příkladu vysvětlete, co je absolutní a relativní pohybs?

Pohybující se vozidla:

Předpokládejme, že stojíte na okraji silnice a sledujete všechna ostatní vozidla projíždějící kolem. Zde jste pozorovatel a vaše pozice se nemění.

Pohyb vozidel je tedy absolutní protože pozice pozorovatele se s časem nemění.

Když ale cestujete autem, sledujete z okna auta projíždějící jiná vozidla. Možná jste si všimli, že se vozidla pomalu pohybují kolem vás; i když znáte jejich skutečné rychlosti, jsou velmi vysoké.

K tomu dochází kvůli jejich relativní pohyb mezi vaším autem a ostatními vozidly, protože pozice pozorovatele se s časem mění.

Zbytek a pohyb jsou relativní pojmy vysvětlené pomocí příkladů

Když se poloha těla v čase nemění, říkáme, že tělo je na 'odpočinek'. Zatímco poloha těla se mění s časem, říkáme, že tělo je v 'pohyb'.

Změna polohy těla závisí na jeho okolí. Nebo, abychom byli konkrétnější, zbytek těla a stav pohybu je určen ohledně jeho okolí.

Kniha na stole:

Poloha knihy ležící na stole se vzhledem ke stolu sama nemění. Tady tedy můžeme říci, že kniha je zbytek nebo stacionární s ohledem na stůl. 

Když ale někdo vzal knihu a vzdálil se od stolu, pozice knihy se změnila. Nyní tedy můžeme říci, že kniha je in pohyb nebo se pohybuje vzhledem ke stolu.

Odpočinek a pohyb jsou relativní vzhledem k tělu v klidu vzhledem k jinému tělu, které by mohlo být v pohybu vzhledem k jinému tělu.

Osoba v horkovzdušném balónu:

Abychom získali větší jistotu tohoto tvrzení, vezměme si případ, že stojíte na zemi a pozorujete jinou osobu, která cestuje v horkovzdušném balónu.

Zde se osoba cestující v balónu objeví v pohybu vzhledem k vám nebo zemi. Ale stejný člověk je v klidu s ohledem na pohybující se balón.

Jak relativní je odpočinek a pohyb?

Poloha objektu se vztahuje k jeho stavu klidu a pohybu následovně:

• Pokud je pozorovatel v klidu nebo nehybný vůči svému referenčnímu rámci, musí být tento pozorovatel v pohybu do referenčního rámce jiného pozorovatele.
• Pokud oba pozorovatelé nejsou vůči sobě v klidu nebo nehybní, získají různé výsledky.
• Na základě referenčního rámce nebo perspektivy pozorovatele spolu souvisí odpočinek a pohyb.

Relativní pohyb a referenční rámec

Koncept referenčního rámce byl představen za účelem diskuse o relativním pohybu mezi dvěma tělesy. Při definování specifické rychlosti pohybujícího se těla odkazujeme na rychlost vzhledem k určitému rámci nebo perspektivě jako referenční rámec.

Na příkladu cestujících ve vlaku říkáme, že cestující cestující ve vlaku se pohybují relativně k Zemi. Referenčním rámcem je tedy Země.
Ale když vezmeme v úvahu vnější vesmír, kde se Země otáčí kolem Slunce na své oběžné dráze, referenčním rámcem je sluneční soustava.

Co znamená referenční rámec?

Referenční rámec nebo referenční rámce lze definovat jako

"Sada souřadnicových systémů, které ilustrují relativní pohyb mezi dvěma interagujícími tělesy měřením jejich polohy, rychlosti a zrychlení." 

• Sada tří souřadnic (x, y, z) určuje pohyb tělesa v prostoru.
• Sada tří souřadnic (x, y, z, t) určuje pohyb tělesa v každém případě.

V závislosti na pohybu objektu má referenční rámec dvě skupiny jako:

1. Inerciální referenční rámec 
2. Neinerciální referenční rámce

Inerciální referenční rámec vs. neerciální referenční rámec

Inerciální referenční rámec	Neinerciální referenční rámec
Referenční rámec, kde tělo zůstává, spočívá nebo se lineárně pohybuje konstantním pohybem, pokud na něj nepůsobí vnější síly.	Referenční rámec, který se pohybuje v rotačním nebo lineárním pohybu s jinými inerciálními referenčními rámci.
Newtonovy zákony pohybu na objektu jsou platné.	Newtonovy zákony pohybu na objektu nejsou platné.
Zrychlení rámu je nulové.	Zrychlení rámce je nenulové.

Relativní pohyb v 1D a 2D

Vezměme si příklady relativního pohybu, které vysvětlují pojmy relativního pohybu v jedné i dvou dimenzích.

Směr pohybu auta:

Když cestujete v autě, když se podíváte z okna, vidíte další vozidla běžící stejným směrem a stejným pohybem vedle vašeho autobusu. Protože relativní pohyb mezi vámi ohledně těchto vozidel je nulový, myslíte si, že se tato vozidla nepohybují. Ale když vidíte nehybný strom nebo světelné stožáry vzhledem k zemi, vnímáte, že se pohybuje směrem k vám.
Tyto vjemy vyplývají z relativního pohybu mezi problémy dvou těl a vy jste v tomto případě pozorovatel.

Vysvětlete, co je relativní pohyb v jedné dimenzi

Protože je pohyb jednorozměrný, pohybují se dvě tělesa rovně nebo opačně. Nejprve představíme relativní pohyb mezi dvěma interagujícími těly v jedné dimenzi.

Relativní rychlost v jednorozměrném pohybu

Vezměme si případ muže, který cestuje vlakem směrem na Západ. Jako směr polohy volíme Západ a jako referenční rámec Zemi. Rychlost pohybujícího se vlaku vůči Zemi tedy řešíme jako V_TE, kde dolní index TW ukazuje na „Vlak na Zemi“.

Muž kráčí směrem k východu uvnitř vlaku, který ukazuje mužovu rychlost jako V._MT vzhledem k referenčnímu rámci pohybujícího se vlaku. Všimněte si, že hodnota rychlosti V_MT je negativní, protože se muž pohybuje opačným směrem vlaku.

Co je relativní pohyb v jednorozměrných vzorcích?

Vzorce relativního pohybu v jedné dimenzi lze získat součtem dvou vektorů rychlosti. Proto je rychlost člověka vzhledem k zemi V_ME darováno,

…………… .. (1)

Co je vzorec relativního pohybu?

Matematicky je vzorec relativního pohybu mezi dvěma interagujícími těly vektorovým rozdílem mezi jejich rychlostmi.

Pokud V₁ je rychlost tělesa 1 a V₂ je rychlost jiného tělesa 2.

Relativní rychlost tělesa 1 pohybujícího se vzhledem k 2 je

V₁₂ = V₁ - V₂ ………………….(A)

Podobně relativní rychlost pohybu těla 2 vzhledem k 1 je

V₂₁= V₂ - V₁ ………………. (B)

Relativní rychlost mezi interagujícími tělesy 1 a 2 je rychlost tělesa 1, která se jeví pozorovateli na těle 2 a naopak.

Vysvětlete, co je relativní pohyb ve dvou dimenzích

Aplikujme koncept popisu pohybu dvou interagujících těles ve dvou dimenzích. Zvažte bod P jako pohybující se částici a S a S 'jako dva rámce odkazů

Co je to relativní pohybový trojúhelník?

Relativní pohybový trojúhelník je trojúhelníkový útvar - který ukazuje relativní pohyb mezi tělesy ve dvou rozměrech.

Odvoďte rovnici relativního pohybu pro problém dvou těl

Podle obrázku relativního pohybového trojúhelníku je naměřená poloha rámce S 'vzhledem k rámu S vzhledem k tomu, že poloha částice P vzhledem k rámu S 'je a s ohledem na S rámeček je

Z obrazce trojúhelníku relativního pohybu získáme

Rychlosti částic a referenčních rámců jsou časovými deriváty jeho polohových vektorů, proto

Výše uvedená rovnice to říká

Relativní rychlost mezi částicí P a rámcem S se rovná součtu relativních rychlostí mezi částicí P a rámcem S 'a oběma rámci S' a S.

Podívejme se, jak zrychlení částice P na dva referenční rámce, S 'a S:

Zde vidíme, že pokud je relativní rychlost mezi rámcem S 'a S konstantní, , Proto,

Relativní analýza pohybu

• Relativní pohyb zahrnuje všechny aspekty pohybů, jako je rychlost, rychlost nebo zrychlení.
• K popisu pohybu těla je třeba specifikovat referenční rámce z hlediska polohy těla, rychlosti a zrychlení.
• Relativní pohyb těla je pozorován z konkrétního referenčního rámce a mění se s ohledem na výběr referenčního rámce.
• Když se oba referenční rámce, S a S ', pohybují relativně konstantní rychlostí, zrychlení těles pozorovaná z obou referenčních rámců jsou stejná.

Jak souvisí čas a pohyb polohy?

Graf polohy a času ukazuje vztah mezi pohybem a polohou těla tím, že ukazuje, jak moc se v daném čase pohybuje z jedné polohy do druhé.

Sklon grafu polohy a času pak vypočítá pohyb těla.

Graf polohy a času

Průměrná rychlost pohybujícího se tělesa se rovná změně jeho polohy za odpovídající změnu v čase.

Zde je změna polohy reprezentována Δs a Δt představuje změnu času.

Proto,

………………… (2)

Ze vzorce průměrné rychlosti můžeme odvodit různé pohybové rovnice.

První rovnice pohybu odvození dává vztah mezi

Pojďme odvodit první pohybovou rovnici, která dává vztah mezi rychlostí a časem.

Zrychlení na pohybujícím se tělese se rovná změně jeho rychlosti za odpovídající změnu v čase.

………………… (3)

Pojďme rozšířit Δv na vv₀ a kondenzují Δt na t. 

Kde v₀ je počáteční rychlost těla a v je konečná rychlost těla.

……… .. (4)

Vyřešme výše uvedenou rovnici pro v jako funkci t.

……… .. (5)

Rovnice (5) je známá jako první pohybová rovnice z hlediska vztahu rychlosti a času.

Druhá rovnice pohybu odvození dává vztah mezi

Odvodíme druhou pohybovou rovnici, která udává vztah mezi polohou a časem.

Rozbalte Δs na ss₀ a kondenzují Δt na t. 

Proto, rovnice (2) stává se

……… .. (6)

Řešení výše uvedené rovnice z hlediska polohy dostaneme

……… .. (7)

Podle Mertonovo pravidlo,

"Když je rychlost změny jakékoli fyzikální veličiny konstantní, průměrná hodnota této fyzické veličiny je polovinou jejích počátečních a konečných hodnot."

……… .. (8)

Nahraďte pohybová rovnice (5) do výše uvedené rovnice (8) a zjednodušíme odstraněním v, dostaneme

který dává,

……… .. (9)

Dosazením rovnice (9) do rovnice (7) eliminovat v, 

Konečně, 

………… (10)

Napište pohybovou rovnici z hlediska vztahu času a polohy

Změna polohy (ss₀) se nazývá posunutí Δs. 

Proto, rovnice (10) stává se

……… .. (11)

Rovnice (11) je známá jako druhá pohybová rovnice z hlediska vztahu polohy a času.

Jak souvisí lineární pohyb a úhlový pohyb?

Lineární pohyb vs. úhlový pohyb

lineární	Úhlový pohyb
Jedná se o translační pohyb těla přímou cestou z jedné polohy do druhé.	Jedná se o rotační pohyb tělesa kolem osy středu v kruhovém směru.
Jednotka je metr za sekundu.	Jednotka je radián za sekundu.
Lineární posunutí označeno jako 's'	Úhlový posun označený jako 'θ'
Lineární rychlost je označována jako „v“	Úhlová rychlost označovaná jako „w“
Lineární zrychlení označované jako „a“	Úhlové zrychlení označované jako „α“

Vztah mezi lineárním a úhlovým pohybem

Můžeme dosadit úhlové veličiny do vzorců lineárního pohybu, abychom získali vzorce úhlového pohybu.

Projekt rovnice (2) lze přepsat jako,

……………. (12)

Vynásobením obou stran poloměrem r získáme,

Termín rΔθ představuje celkovou vzdálenost (Δs = ss₀) cestoval tělem pohybujícím se v kruhu o poloměru r.

Všimněte si, že rovnice na pravé straně je vzorec lineární rychlosti (v).

Vztah mezi lineární rychlostí a úhlovou rychlostí lze tedy zapsat jako,

Jak spolu souvisí rovnoměrný kruhový pohyb a jednoduchý harmonický pohyb?

Význam jednotného kruhového pohybu

• Když se tělo otáčí nebo točí konstantním pohybem po kruhové dráze, říká se, že je v „rovnoměrném kruhovém pohybu (UCM)“.
• Když tělo definuje kruhový pohyb, jeho směr se neustále mění a celková vzdálenost, kterou tělo urazí od středu osy, zůstává vždy pevná.

Význam jednoduchého harmonického pohybu

• Jedná se o speciální druh periodického pohybu těla, při kterém se opakovaně pohybuje sem a tam s různými pohyby o střední poloze.
• Obnovující síla působící na tělo zodpovědné za jeho periodický pohyb sem a tam.

Vztah mezi jednoduchým harmonickým pohybem (SHM) a rovnoměrným kruhovým pohybem (UCM)

Ukažme si jednoduchou metodu, která spojuje rovnoměrný kruhový pohyb s jednoduchým harmonickým pohybem.

Obrázek ukazuje, že kulička je připevněna ke svislému točnu otáčející se v kruhovém směru s úhlovou rychlostí w. Vzhledem k tomu, že světelný zdroj svítí shora, jsou stíny koule promítány na podlahu. 

Když se míč pohybuje v horní části gramofonu, začnou se jeho výstupky pohybovat směrem doleva. Když se míč pohybuje ve spodní části gramofonu, začnou se jeho výstupky pohybovat doprava.

Míč se tedy houpá rychlostí v zleva doprava a opět zprava doleva z polohy x ukazuje pohyb sem a tam, kterému se říká jednoduchý harmonický pohyb.

Poloha míče, když provádí jednoduchý harmonický pohyb:

……………… (*)

Kde A je amplituda a θ je úhlové posunutí koule.

Jako podle rovnice (12),

Výše uvedená rovnice se stává,

Při jednoduchém harmonickém pohybu je úhlová rychlost w 2π radiánů na jednotku času jedné otáčky.

To znamená,

Dosazením hodnoty w získáme

……………… (13)

Jak souvisí frekvence a období v jednoduchém harmonickém pohybu?

Frekvence a perioda souvisí v jednoduchých harmonických pohybech následovně:

Protože jednoduchý harmonický pohyb je opakující se oscilace,

• Celková doba potřebná k provedení jedné oscilace se nazývá období T společnosti SHM.
• Tento počet oscilace v jednotce času je jednoduchý harmonický pohyb frekvence (F). 

Proto, rovnice (13) stává se

Výše uvedená rovnice je stejná jako rovnice SHM.

Jednoduchý harmonický pohyb (SHM) je projekce UCM do jednoho směru.

Jak souvisí setrvačnost s pohybem?

Setrvačnost je přirozenou tendencí objektu odolávat jakýmkoli změnám jejich rychlosti.

Jak souvisí setrvačnost s Newtonovým prvním zákonem pohybu?

I když Newtonovy zákony pohybu odpovídají inerciálním referenčním rámcům, Newton nikdy jasně nedefinoval teorie inerciálních rámců. Inerciální referenční rámce jsou však přirozeným důsledkem Newtonova prvního pohybového zákona díky čisté vnější síle.

Newtonův první pohybový zákon

"Předmět zůstává v klidu nebo se pohybuje konstantním pohybem, pokud na něj nepůsobí čistá síla."

Matematicky F = ma

Setrvačnost předmětu závisí na jeho hmotnosti; musí být překonána čistou vnější silou (mg) působící na předmět, aby se změnila jeho rychlost a objekt se zrychlil. Čím větší je hmotnost předmětu, tím výraznější čistá vnější síla je nutná k pohybu tohoto objektu.

Pojem setrvačnosti vede k myšlence inerciální vztažné soustavy z hlediska relativní pohyb mezi dvěma pohybujícími se objekty.

Newtonův první pohybový zákon, který vysvětluje vztah setrvačnosti objektu k jeho pohybu; také známý jako „zákon setrvačnosti“.

Jak souvisí Newtonův druhý pohybový zákon se silou a zrychlením? 

Newtonův druhý zákon pohybu

"Čistá síla působící na jakýkoli předmět za účelem změny jeho hybnosti v průběhu času".

Odvodit matematický vztah Newtonova druhého pohybového zákona

Matematicky Newtonův druhý pohybový zákon lze zapsat jako,

……… (14)

Kde ΔP je změna hybnosti tělesa = PP₀

P₀ je počáteční hybnost v počátečním čase t₀ a P je konečná hybnost v konečném čase t těla

Vzorec hybnosti je P = mv

Řešení rovnice (14),

Nahrazující vzorec hybnosti,

Kde je zrychlení „a“ těla

Proto, lze zapsat z hlediska zrychlení jako,

……. (15)

Newtonův druhý pohybový zákon souvisí se zrychlením objektu

Rovnice (15) také Newtonův druhý pohybový zákon, který spojuje sílu se zrychlením následovně:

"Zrychlení předmětu je přímo úměrné jeho čisté síle působící na předmět a nepřímo úměrné jeho hmotnosti."

Newtonův druhý pohybový zákon říká, že když čistá vnější síla působí na předmět, způsobí změnu jeho rychlosti. Tato změna rychlosti s časem je známá jako zrychlení objektu. Zrychlení označuje zpomalení nebo zrychlení objektu a změnu směru pohybu.

K zrychlení objektu z klidu na určitou rychlost potřebujete čistou vnější sílu. Čistá vnější síla je součtem všech sil působících na tělo v každém konkrétním směru.

Předpokládejme však, že objekt je již v pohybu. V takovém případě, pokud jsme takovou situaci pozorovali z pohybujícího se setrvačného referenčního rámce, objekt mění své pohyby nebo směry na základě směrů čisté aplikované síly a směry tohoto objektu a referenčního rámce se pohybují vůči sobě navzájem .

Proto, Newtonův druhý pohybový zákon je také známý jako „zákon síly“.

Vztah mezi prvním a druhým pohybovým zákonem

Newtonův první pohybový zákon, rovněž uznávaný jako zákon setrvačnosti, zjišťuje, že jakýkoli předmět má určitou hmotnost, aby se postavil proti změně svého pohybu nebo se jí bránil. 

Jakýkoli předmět s velkou setrvačností proto ztěžuje pohyb, nebo jakmile se pohnou, je obtížné je zastavit. Setrvačnost objektu je tedy významným faktorem při určování síly, která může daný objekt při dané rychlosti urychlit.

Newtonův druhý pohybový zákon z hlediska hmotnosti je,

"Projekt hmotnost předmětu je přímo úměrná jeho aplikované síle a nepřímo úměrná jeho zrychlení". 

Čím je pohybující se předmět hmotnější, tím větší je síla, kterou k pohybu potřebuje, a menší zrychlení, které na hmotném objektu vzniká. 

Pohyb kriketového míče a fotbalu:

Vezměme si případ kriketového míče a fotbalu. Kriketový míč má uvnitř větší hmotnost než fotbal. Když tedy kopnete do fotbalového i kriketového míče, fotbal se bude pohybovat více než kriketový míč. 

Tak se Newtonův druhý pohybový zákon také nazývá „Zákon síly“ přímo souvisí se zákonem setrvačnosti, Newtonovým prvním pohybovým zákonem.

Objev gravitace

Jedna ze slavných událostí v historii, která vede k objevení první síly známé jako „gravitace".

Na základně jabloně odpočíval mladý newton. Jedno jablko mu spadlo na hlavu a on si uvědomil, že záhadná věc může za to, že jablko spadne do země.

Z pozorování kruhového pohybu měsíce kolem Země Newton zjistil, že nějaká přirozená síla je zodpovědná za to, že předmět padá k zemi. To vede k objevu gravitační síly, která mění způsob, jakým chápeme vesmír. Analýza gravitační síly byla založena na porozumění vztahu mezi pohybem a silou. Poté také objevil různé druhy sil existujících ve vesmíru, které způsobují pohyb objektu. Měřicí jednotka síly se proto také nazývá 'Newton".

Přečtěte si více o Jednotky sil

Vztah síly a pohybu

• Síla je definována jako „buď přitlačení nebo přitažení k předmětu, které způsobí změnu jeho pohybu. “ 
• Pohyb je definován jako „změna polohy předmětu v daném čase při působení síly. “

Z obou definic je zřejmé, že síla ovlivňuje pohybový stav jakéhokoli objektu.

Vysvětlete, jak se síly vztahují k pohybu

Sir Isaac Newton nám nejlépe popsal vazby mezi silou a pohybem prostřednictvím jeho pohybových zákonů. Poskytuje vám jasný obraz o tom, co se stane, když na předmět s hmotností působí jakákoli síla.

Spojením prohlášení Newtonova prvního a druhého pohybového zákona chápeme, že

"Nevyvážená síla vyžaduje zrychlení objektu změnou jeho pohybu a toto zrychlení objektu je přímo úměrné nevyvážené síle a nepřímo úměrné hmotnosti objektu."

Jak souvisí síla a pohyb?

Z Newtonových pohybových zákonů následující závěry ukazují, že síla a pohyb spolu souvisí:

• Když čistá síla působí na nepohyblivý předmět v podobném směru, zrychluje předmět.
• Pokud na pohybující se předmět v opačném směru působí čistá síla, předmět předmět zpomalí.
• Když čistá síla působí na pohybující se objekt v jiném úhlu vzhledem ke směru jeho pohybu, změní směr předmětu.

Přečtěte si více o Druhy sil

Vysvětlete, jak vyvážené a nevyvážené síly souvisejí s pohybem

Pokud na jeden předmět působí dvě síly, jedna tlačí předmět doleva a druhá doprava. Objekt se bude pohybovat pouze v takovém případě, když je jedna ze sil silnější než druhá.

• Pokud mají obě síly různé síly, pak se říká, že jsou 'nevyrovnané síly“, které způsobují změnu pohybu objektu.
• Pokud mají obě síly stejnou sílu, říká se, že jsou 'vyvážené síly“to nezpůsobí změnu pohybu objektu.

Jak síly a pohyb souvisí s naším životem?

Když si vzpomeneme na jakýkoli pohyb, často myslíme na běhající děti, pohybující se vozidla, létající letadla atd. Ale ve skutečnosti je ten pohyb mnohem víc než tohle. Protože na každý objekt ve vesmíru vždy působí různé druhy přírodních sil, jsou neustále v pohybu.

Síla a pohyb ovlivňují mnoho věcí, které děláme, tím, že se věci hýbou a zůstávají v klidu. Primárním příkladem je kopání do míče, což je síla a která způsobí, že míč letí ve vzduchu, což je pohyb. Proto jsou při jakékoli činnosti nezbytnými silami a pohybem věci, které denně potřebujeme.

Jak souvisí rakety s Newtonovým zákonem pohybu?

Stejně jako všechna ostatní pohybující se těla je pohyb rakety řízen newtonovými zákony pohybu. 

Jak souvisí rakety s Newtonovým 1. zákonem pohybu?

Newtonův první pohybový zákon vysvětluje, jak tělo zůstává nehybné nebo se pohybuje konstantním pohybem, kromě toho, že na něj nepůsobí žádná síla.

Podobně rakety zůstávají nehybné, dokud na jejich vysunutí nepůsobí vnější síly. Poté, co se promítne do prostoru, pohybuje se svou konstantní rychlostí, dokud není aplikována větší síla jako tah.  

Jak souvisí rakety s Newtonovým 2. zákonem pohybu?

Newtonův 2. pohybový zákon slouží k pochopení toho, že čím větší hmotu jakýkoli předmět má, tím výraznější síla je zapotřebí k jeho zrychlení.

Znamená to tedy, že do práce rakety bude platit Newtonův druhý zákon pohybu, bude obrovská raketa vyžadovat více životně důležité síly k urychlení raket. Raketa obvykle potřebovala palivo kolem sedmi liber na každé užitečné zatížení, které unesou.

Raketoví vědci používají Newtonův 1. a 2. pohybový zákon k výpočtu tahu (síly), který vyžadoval zrychlení rakety na plánovanou trajektorii.

Jak souvisí rakety s Newtonovým 3. zákonem pohybu?

Newtonův třetí zákon pohybu

"Na každou akci na objektu existuje stejná a opačná reakce."

Dvojice sil bude působit na dva na sebe působící objekty, pokud jeden působí na druhý a na oplátku druhý nejprve působí stejnou, ale opačnou silou. Tyto stejné a opačné dvojice sil na objekty znamenají, že obě síly mají velikost, ale jsou v opačných směrech.

V raketovém motoru je pro projekci důležitý princip akce nebo reakce:

• Při spalování paliva při vysoké teplotě a vysokém tlaku vznikl horký výfukový plyn, který má být první silou rakety. Tento horký plyn protéká raketou a nakonec raketu zrychluje.
• V reakci na to se v motoru vytvoří tah, který má být druhou silou, která zrychluje raketu podle 2. pohybového zákona Newtona.
• Podle třetího Newtonova zákona je akcí horký výfukový plyn a reakce je nutná k urychlení rakety.

Jak souvisí energie a pohyb?

Ve vesmíru existují různé energie, které existují v různých formách, protože pohyb předmětu je energie uložená v tomto pohybujícím se objektu.

Jednou formou energie je kinetická energie - korelovaná s pohybem objektu; a další je potenciální energie - korelovaná s polohou objektu.

Vztah kinetické energie s pohybem

• Pokud se na jakémkoli předmětu pracuje pomocí čisté vnější síly, přenáší energii, která způsobuje zvýšení jejího pohybu, a nakonec získává více kinetické energie.
• Pohyb molekul závisí na tom, jak navzájem méně nebo silněji interagují. Tento proces vede k založení kinetické energie objektu.
• Kinetická energie je uložena v objektu pro všechny pohyby, jako jsou lineární, rotace, vibrace, translace nebo jakákoli kombinace pohybů. 

Vzorec kinetické energie

Kinetická energie objektu závisí na jeho pohybu i na jeho hmotnosti.

Vzorec pro kinetickou energii je dán vztahem,

Tento vzorec platí pouze pro nízké až relativně vysoké rychlosti. Když se rychlost objektu přiblíží rychlosti světla c = 3 x 10⁸ m/s, přichází do hry teorie relativity.

Rychlost má kladné nebo záporné hodnoty, ale čtvercová rychlost je vždy kladná. Kinetická energie je tedy vždy buď nulová nebo kladná.

Jak souvisí teplota s pohyby molekul?

Abychom se dozvěděli o povaze teploty spojené s pohybem molekul, je nejprve důležité uznat, že hmota se skládá z různých drobných částic, kterými mohou být atomy nebo molekuly, nebo obojí.

Když je náhodný pohyb mezi částicemi pomalý, částice tvoří pevné látky. Když na pevné látky působí síla, částice se pohybují rychleji a poté klouzají přes sebe a vytvářejí kapalinu. Když se atomy i molekuly pohybují díky jiné síle rychle, odpojily se od sebe a vytvořily plyn. Stav hmoty, jako je pevná látka, kapalina a plyn, tedy závisí na pohybu částic.

Zde je teplota vnější silou, která mění pohyb a mění stav hmoty. Částicům je tedy poskytnuta větší teplota, hmota se zahřeje a její částice se pak pohybují rychleji. Tak je teplota vztažena k náhodným pohybům částic na molekulární úrovni. 

Jak souvisí teplota a molekulární pohyb?

Energie částic v hmotě nemá stejnou energii, protože se neustále mění v důsledku změny pohybu, zatímco částice procházejí přechodem z různých stavů hmoty.

V plynu je pohyb molekul po přímé dráze zvané molekulární pohyb. Zatímco v pevných látkách a kapalinách je pohyb částic omezenější a mají pouze potenciální energii, což vede ke komplikacím při měření energie.

Teplota tedy úzce souvisí s průměrnou kinetickou energií molekul, která ukazuje pohyb molekul. Například teplo, které cítíme, když se dotkneme jakéhokoli horkého povrchu, je kinetická energie přenášená molekulami plynu na pevný nebo kapalný materiál, kterého se dotýkáme.

Kinetická energie všech pohybujících se molekul je úměrná jejich molekulárnímu pohybu.

Proto, jak se zvyšuje pohyb srážejících se molekul, zvyšuje se také celková kinetická energie. Protože místo toho je obtížné měřit molekulární pohyb každé molekuly plynu, teplota může měřit průměrnou kinetickou energii všech molekul plynu.

Matematický vztah mezi teplotou a průměrnou kinetickou energií

T je teplota plynu, R je univerzální plynová konstanta, N_A is Avogadrovo číslo.

Protože termín \ frac {R} {N_ {A}} je také známý jako Boltzmann Constant K_B.

Průměrná kinetická energie vyplývající z molekulárního pohybu molekul je přímo úměrná jejich teplotě.

Jak souvisí teplotní tepelná energie a pohyb částic?

Celková energie látky je celková energie všech částic, jako jsou atomy a molekuly, a závisí na počtu částic, teplotě a fyzickém stavu.

Ačkoli teplota měří pouze průměrnou kinetickou energii molekul, tepelná energie látky měří celkovou energii částic v látce. Tepelná energie tedy zahrnuje jak potenciální energii, tak kinetickou energii. Pro větší pohyb částic platí, že čím vyšší je teplota látky, tím je to tepelnější energie. Proto je tepelná energie v plynu vyšší kvůli molekulárnímu pohybu, následuje kapalina a pak pevná látka.

Jak souvisí tepelná energie s pohybem částic?

Pojem teploty související s pohybem je vám nyní známý, ale můžete si zaměnit teplotní slovo s teplem. Všimněte si, že teplota měří, jak horký nebo studený se jakýkoli předmět týká jiného objektu. Naproti tomu teplo přenáší energii z jednoho těla do druhého, protože obě těla mají různé teploty. 

První termodynamický zákon to říká „Ztráta nebo zisk tepelné energie je úměrný množství tepla přeneseného při proudění tepla dovnitř nebo ven z látek“. Měření teplotních změn jednoho objektu v kontaktu s jiným; slouží k určení množství tepelné energie přenesené mezi nimi.

---

Problémy s relativním pohybem

Pokud se dvě tělesa M a N pohybují stejnou rychlostí 50 km/h v opačných směrech, najděte relativní rychlost tělesa M vzhledem k tělesu N a relativní rychlost tělesa N vzhledem k tělesu M.

Řešení:

Zadáno:

V_M je rychlost tělesa M = 50 km/h

V_N je rychlost jiného tělesa N pohybujícího se v opačném směru = -50 km/h

Vzorec:

Relativní rychlost pohybu tělesa 1 vzhledem k 2 je

V₁₂ = V₁ - V₂

Relativní rychlost pohybu tělesa 2 vzhledem k 1 je

V₂₁= V₂ - V₁

Výpočet:

Relativní rychlost pohybu tělesa M vzhledem k N je

V_MN = V_M - V_N = 50-(-50) = 100 km/h

Relativní rychlost pohybu tělesa N vzhledem k M je

V_NM = V_M - V_N = (-50) -50 = -100 km/h

Pokud se dva objekty pohybují stejným pohybem v opačných směrech, pak jejich relativní pohyb má stejnou velikost, ale opačné znaménko v opačném směru.

Pokud se dvě tělesa M a N pohybují stejnou rychlostí 50 km/h ve stejných směrech, najděte relativní rychlost tělesa M vzhledem k tělesu N a relativní rychlost tělesa N vzhledem k tělesu M.

Řešení:

Zadáno:

V_M je rychlost tělesa M = 50 km/h

V_N je rychlost jiného tělesa N pohybujícího se stejným směrem = 50 km/h

Vzorec:

Relativní rychlost pohybu tělesa 1 vzhledem k 2 je

V₁₂ = V₁ - V₂

Relativní rychlost pohybu tělesa 2 vzhledem k 1 je

V₂₁= V₂ - V₁

Výpočet:

Relativní rychlost pohybu tělesa M vzhledem k N je

V_MN = V_M - V_N = 50 - 50 = 0

Relativní rychlost pohybu tělesa N vzhledem k M je

V_NM = V_M - V_N = 50 - 50 = 0

Pokud se dva objekty pohybují stejným pohybem v přesných směrech, relativní pohyb mezi nimi je nula.

Cestující cestují v letadle letícím rychlostí 250 m/s na západ vzhledem k vzduchu. Rychlost vzduchu je 35 m/s a proudí na jih vzhledem k zemi. Jaká je rychlost letadla a jeho úhel vzhledem k zemi?

Řešení:

Zadáno:

Rychlost letadla vzhledem k vzduchu V_{PA =} 250 m / s

Rychlost vzduchu vzhledem k zemi V_{AG =} 35 m / s

Vzorec:

Rychlost letadla vzhledem k zemi V_PG se rovná součtu rychlosti letounu vzhledem k vzduchu V_PA a rychlost vzduchu vzhledem k zemi V_AG.

Matematicky je napsáno jako,

V_PG = V_PA + V_AG

Výpočet:

Vzhledem k tomu, že se letadlo pohybuje na západ a vzduch proudí na jih, jsou směry letounu a vzduchu kolmé.

V takovém případě nakreslíme k vyřešení tohoto problému relativní pohybový trojúhelníkový diagram.

Podle diagramu relativního trojúhelníku pohybu lze velikost rychlosti letounu vzhledem k zemi získat pomocí Pytagorejský Teorém:

K nalezení úhlu letadla vzhledem k zemi používáme základní trigonometrické funkce,

z relativní pohybový trojúhelník,

tan θ = trojúhelník na opačné straně / trojúhelník na sousední straně

Letoun letí pod úhlem 80 s rychlostí 252 m/s vzhledem k zemi.

---

Cvičení s relativním pohybem

Kolo běžící po dálnici rychlostí 80 km/h míjí kamion jedoucí rychlostí 60 km/h. Jaká je rychlost kola z pohledu řidiče kamionu? 

Odpověď: 30 km/h

Autobus jede rychlostí 50 m/s na východ a cestující v autobuse kráčí směrem na západ rychlostí 5 m/s. Jaká je rychlost cestujícího dotčeného k zemi?

Odpověď: -45 km / h

Na sever jede auto „M“ rychlostí 40 m/s. Také auto 'N' jezdí na jih rychlostí 60 m/s vedle vozu 'M'. 

1) Pokud vůz 'N' jede v opačném směru než vůz 'M', vypočítejte relativní rychlost vůči vozu 'M' vzhledem k vozu 'N'.

2) Předpokládejme, že obě auta jela na sever. tj. ve stejném směru, pak vypočítat relativní rychlost k autu 'M' vzhledem k vozu 'N'.

Odpověď: 100 m/s a -20 m/s

---

ČASTO KLADENÉ OTÁZKY

Jak můžeme říci, že tělo je relativní pohyb nebo ne?

Odpověď: Relativní pohyb je odhad pohybu těla týkajícího se jiných pohybujících se nebo nehybných předmětů.

Proto když se tělo pohybuje vzhledem k jinému tělu, které se pohybuje nebo je v klidu, pohyb těla je považován za vztahový pohyb vzhledem k jinému tělu.

Dva objekty jsou v relativním pohybu. Je nebo není možné, aby jeden z nich měl skutečný pohyb?

Odpověď: Veškerý pohyb je relativní. Když jsou oba objekty v relativním pohybu, znamená to, že se pohybují vůči sobě navzájem.

Neexistuje tedy žádný takový pohyb nazvaný „skutečný pohyb“.

Jaký je rozdíl mezi relativním pohybem a absolutním pohybem?

Ans: Rozdíl mezi relativním pohybem a absolutním pohybem je,

Poloha žádného objektu se nemění s časem v absolutním pohybu a mění se s časem v relativním pohybu. 

Jaký je relativní pohyb galaxie ve vesmíru?

Odpověď: Podle Hubblova zákona odlétají galaxie ve vesmíru od sebe rychlostí úměrnou vzdálenosti mezi nimi. 

Čím větší je vzdálenost mezi dvěma létajícími galaxiemi, tím větší je relativní pohyb mezi nimi. 

Na jakých dvou měřeních se vždy shodnou dva pozorovatelé v relativním pohybu?

Odpověď: Oba pozorovatelé se vždy shodují na následujících dvou měřeních: 

• Časoprostorový interval: Je to délka přímky mezi dvěma situacemi v prostoru a čase.
• Rychlost světla: Je to maximální rychlost, kterou se může pohybovat veškerá hmota a její energie ve vesmíru.

---

Také čtení:

• Relativní rychlost mezi dvěma objekty