Относительность: для старших школьников и младших студентов

Относительность: для старших школьников и младших студентов

Рассматривается ряд казусов, связанных с действием принципа относительности Галилея. Можно ли рукой поймать пулю? Что ощущает пассажир летящего аэростата? Почему крутятся волчком автомобили? Показано, как открытие относительности в физике способствовало началу революции в Европе.

Жанры: Учебная литература, Физика
Цикл: Не является частью цикла
Год публикации: 2023

Читать онлайн Относительность: для старших школьников и младших студентов


Предисловие

Необходимо сделать следующие предупреждения. Предлагаемая брошюра адресована достаточно узкому кругу читателей. Прежде всего, она не имеет прагматического предназначения, поэтому не может быть полезной для подготовки к ЕГЭ или к экзамену по физике в вузе. Вряд ли она окажется необходимой большинству преподавателей. Эта книга не является учебным пособием, поскольку по существующим стандартам учебное пособие должно быть аффилировано с определенным учебникам и лишь дополнять его. Между тем материал, представленный ниже, отсутствует в традиционных учебных изданиях.

Авторы надеются, что, как говаривал Н. Гоголь, «книга сия найдет своего читателя». Предлагаем ее умным школьникам старших классов и любознательным студентам младших курсов вузов. В качестве прецедента можно указать на одну из лекций, проведенных академиком Н.Н. Красовским в УПИ. Перед ее началом великий ученый потребовал, чтобы «аудиторию покинули все преподаватели и остались только студенты». Один из авторов настоящей книги хотел спрятаться под партой и послушать, но постеснялся.

Введение

В фундаменте физики находится принцип относительности. Если этот «камень» убрать, все здание рухнет. Принцип был открыт в начале 17-го века Галилео Галилеем. Затем, через столетие, он был использован Исааком Ньютоном и принят сообществом ученых в виде первого закона динамики. Общую формулировку обсуждаемого принципа нетрудно найти в учебнике, а сущность его выражают следующие частные утверждения.

1) Любое движение – относительно. Любое тело может одновременно и покоиться, и двигаться с любыми скоростями.

2) Покой относителен, он является лишь одним из видов движения.

3) Движение может складываться из неограниченного числа реальных независимых движений.

4) Всякое движение можно разложить также и на воображаемые, гипотетические движения, в частности, параллельно координатным осям.

5) Значения не только скорости, но также импульса и кинетической энергии относительны, зависят от выбора наблюдателем системы отсчета.

Как известно, «короля делает его свита». Так говорил когда-то придворный итальянского герцога Н. Микиавелли (https://upravlenie.org/468-stratagema-korolja-delaet-svita.html ). Опишем в настоящей брошюре «свиту» принципа относительности, представив его в форме реальных ситуаций, эффектов и казусов.

Полет на воздушном шаре

Обратимся сначала к персонажу №2 из представленного выше списка свиты принципа относительности. Действительно ли покой и движение относительны? Рассмотрим ситуацию «воздухоплавание».

Задача 1. На рис.1.1 изображены картины движения воздушного шара. Стрелка – направление ветра. В каких рисунках художник допустил ошибки? В чем они заключаются?



Рис.1.1. Полет аэростата в воздушном потоке; стрелка – направление ветра

Решение. Можно привести доводы в пользу правильности изображения для всех трех вариантов. Вариант «а»: «ветер тянет легкую круглую оболочку, при этом тяжелая квадратная корзина отстает»; «б» – и шар, и корзина двигаются вместе, как целое; «в» – тяжелая корзина тянет за собой легкий пузырь.

Чтобы выбрать правильный ответ, вспомним, что воздушный шар относится к летательным аппаратам типа воздухоплавания. Аппарат плывет вместе с воздухом. Ветер – это просто движущийся воздух. Поэтому шар вместе с корзиной неподвижен относительно движущегося воздуха. Заметим попутно, что различные части воздушного шара и пассажир вообще не должны ощущать ветра, потому что вся рассматриваемая система как бы заключена в движущийся воздух, перемещается вместе с ним.

Ответ: правильная картинка – 2; движение шара относительно, он покоится относительно движущегося воздуха.

Чтобы проверить авторов, совершите путешествие на резиновой лодке по горной реке. Допустим, что Вашим товарищем оказался заядлый курильщик. Он бросил окурок из лодки в бурную воду. Что будет с окурком: вода унесет его вперед, он отстанет, или будет болтаться рядом с лодкой?


Вам будет интересно
В этом пособии вы найдете разнообразные упражнения на все актуальные времена в английском языке. Этот материал подойдет начинающим, продолжающим и продвинутым учащимся. Раскрывайте скобки и переводите предложения. Ответы прилагаются....
Читать онлайн
В прежние времена понятие технологический прорыв было обычным явлением, которое происходило, хоть и не часто, но и даже очень своевременно, т.к. возникала острая необходимость выхода из кризисной ситуации. Но теперь, когда очередной кризис уже наступил и этот прорыв ожидается с большим нетерпением, он вдруг куда-то пропал и упорно не желает появляться. В данной книге излагаются фантастические идеи, которые тем не менее с точки зрения автора вполне осуществимы и могут решить этот вопрос достаточн...
Читать онлайн
Серый и дождливый Амстердам казался для Салли Уилкинсон городом мечты. Сбежав от семьи, учёбы и личных трудностей, она надеялась обрести в нём если не счастье, то хотя бы новые чувства и эмоции. Всё бы ничего, если бы не проблемы со здоровьем, от которых никуда не скрыться и не сбежать. Сможет ли девушка справиться с чередой новых вопросов? Или ей придётся смириться со своим диагнозом и бросить всё на самотёк, включая свою любовь?...
Читать онлайн
Эта история одной страстной любви. Один шаг может перевернуть с ног на голову всю жизнь, разделив её на до и после. Наша героиня сделала решающий шаг и не пожалела об этом. Только теперь она поняла, что живёт, вдыхая жизнь полной грудью.Красивая, смелая героиня и молодой, горячий и страстный парень.Что будет происходить между ними читайте в этой книге....
Читать онлайн
Книга посвящена одному из наиболее распространенных поведенческих расстройств детства – синдрому дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). В ней представлены как современные научные знания (этиология, патогенез, клиническая картина), так и практический опыт помощи детям с этим расстройством. Рассматриваются вопросы диагностики и терапии (организация помощи в семье, в школе, медикаментозная терапия). Книга опровергает распространенные мифы об СДВГ и предлагает целостную модель помощи детям и их...
Читать онлайн
В пособии описана модель командного взаимодействия специалистов, объединенных в психолого-медико-педагогический консилиум (ПМПк) общеобразовательной школы. Раскрыто содержание деятельности, приведены способы составления программ комплексной помощи учащимся с трудностями адаптации и обучения, в том числе детям с ограниченными возможностями здоровья.Проанализированы типичные для школы случаи комплексной коррекции нарушений развития, представлена программа коррекционной работы как структурный компо...
Читать онлайн