Что составляет систему отсчета какие способы отсчета времени вам известны
Какие бывают системы отсчета в физике и что это такое
Для решения задач механики необходимо определить положение тела в пространстве. Только тогда можно будет рассматривать его движение. Для этого необходима система отсчета в физике и механике — это система координат и способ измерения времени.
Определение
Система отсчета в физике включает в себя тело отсчета, связанные с ним оси координат и прибор для измерения времени. Тело отсчета — это точка, от которой отсчитывают положение всех остальных точек. Она может быть выбрана в любом месте пространства. Иногда в качестве начальной точки выбирают несколько тел.
Что такое система координат? Она дает возможность однозначно определить положение точки относительно начальной точки. Каждой точке пространства сопоставляются числа (одно или несколько), которые откладываются на координатных осях.
Пример — шахматная доска. Каждая клетка обозначается буквой и цифрой, по одной оси идут буквы, по другой цифры. Благодаря им мы можем однозначно описать положение фигуры.
Важно! Оси обозначаются латинскими или греческими буквами. Они имеют положительное и отрицательное направление.
Наиболее распространенные в физике виды координат — это:
Это интересно! Как правильно перевести МПА атмосферы
Существует множество других вариантов координат. Можно переходить из одних в другие, преобразуя координаты с помощью уравнений.
Понятие системы отсчета (СО) включает прибор для измерения времени, другими словами, часы. Он необходим, чтобы рассматривать движение точки — изменение ее положения со временем.
Изменения положения точки относительно выбранной СО описываются уравнениями движения. Они показывают, как изменяется положение точки с течением времени.
Виды систем отсчета
В зависимости от того, какие задачи надо решить, можно выбрать те или иные системы отсчета.
Это интересно! Квантовые постулаты Нильса Бора: кратко об основных положениях
Инерциальная и неинерциальная
СО бывают инерциальные и неинерциальные. Понятие инерциальной СО важно для кинематики — раздела физики, изучающего движение тел.
Инерциальная СО движется прямолинейно с неизменной скоростью относительно окружающих тел. Окружающие предметы на нее не воздействуют. Если она стоит на месте — это тоже частный случай равномерного прямолинейного движения. Такие СО имеют следующие свойства:
Пример инерциальной СО — гелиоцентрическая, с центром в Солнце. СО, связанная с землей, инерциальной не будет. Наша планета движется вокруг солнца криволинейно, кроме того, на нее действует гравитация Солнца. Однако для многих задач этим ускорением и воздействием Солнца можно пренебречь. Это задачи, где «место действия» поверхность Земли. Например, если нам нужно найти скорость снаряда, выпущенного из пушки, влияние Солнца и вращение Земли нас не интересует.
Неинерциальная СО подвергается воздействию других предметов, поэтому движется с ускорением. К неинерциальным относятся и вращающиеся СО. В неинерциальных СО законы Ньютона не выполняются, но можно описывать перемещение теми же уравнениями, что и в ИСО, если ввести дополнительные силы.
Система центра масс и лабораторная
В механике также используется система центра масс (центра инерции), сокращенно с.ц.м. или с.ц.и. В качестве начала координат в такой СО выбирают центр масс нескольких объектов. Сумма их импульсов в такой СО равна нулю.
Применяют с.ц.и. чаще всего в задачах рассеяния. Задачи такого типа решают в механике и ядерной физике, например, это задачи о столкновении частиц в ускорителях.
В таких задачах также используют лабораторную СО. Она противоположна с.ц.и. В ЛСО положение частиц определяют относительно покоящейся мишени, на которой рассеиваются другие частицы.
Это интересно! Формула закона полного отражения и преломления света
Полезное видео: инерциальные и неинерциальные системы отсчёта
Относительность движения
По современным представлениям, абсолютной СО не существует. Это значит, что рассматривать движение тел можно только по отношению к другим телам. Не имеет смысла говорить о том, что предмет «двигается вообще». Причина этого — свойства пространства и времени:
Важно! Во времена Ньютона считалось, что можно рассматривать движение относительно абсолютного пространства, позже — относительно эфира в электродинамике Максвелла. Разработанная Эйнштейном теория относительности доказала, что абсолютного начала отсчета быть не может.
Полезное видео: определение координат тела
Вывод
Системы отсчета в физике необходимы, чтобы рассматривать движение тел. Их можно выбирать по-разному, как удобнее для конкретной задачи, так как движение относительно. Для механики важны инерциальные СО — те, которые движутся равномерно и прямолинейно относительно других тел.
Статья «КИНЕМАТИКА. Системы отсчета. Отсчет времени. Информационные материалы и методические указания к уроку».
Статья «КИНЕМАТИКА. Системы отсчета. Отсчет времени. Информационные материалы и методические указания к уроку».
Движением тела называется изменение положения тела со временем.
Описание движения тела должно давать указания о том, как именно изменяется
положение тела во времени. Поэтому для описания движения
тел нужно прежде всего установить способ определения положения, которое
занимает тело в какой-либо момент, и способ отсчета момента времени,
соответствующего тому или иному положению тела.
Положение тела может быть определено только по отношению к каким-
либо другим телам. Поэтому и о движении данного тела, т. е. изменении
его положения, можно говорить только постольку, поскольку выбраны
другие тела, которые служат для определения положения данного
тела. Эти тела, которые служат для определения положения движущихся
тел, называют системой отсчета.
Для описания движений на земле в качестве такой системы отсчета
обычно выбирают землю или (что то же самое) какие-либо тела, неподвижные
относительно земли, например, стены аудитории, в которой производятся
опыты. Но в некоторых случаях оказывается более удобным
выбирать другие системы отсчета. Это бывает удобным потому, что по
отношению к разным системам отсчета одни и те же тела совершают
различные движения, и надлежащим выбором системы отсчета можно
упростить самый характер движения, а вместе с тем и его описание
Однако, с точки зрения кинематики эти соображения являются чисто
практическими. Никакого принципиального различия между разными системами
отсчета в кинематике нет, и с точки зрения чисто кинематической
все системы отсчета совершенно равноправны. Только в динамике, при
изучении законов движения, мы обнаружим принципиальное различие между
некоторыми системами отсчета и сможем поэтому привести соображения
в пользу выбора одной, вполне определенной системы отсчета или,
вернее, одного класса систем отсчета.
После того как выбрано тело, которое должно служить системой отсчета,
можно жестко связать с ним какую-либо систему координат, например,
прямоугольную (декартову), и определять положение каждой точки
движущегося тела тремя координатами в выбранной системе координат.
Этим последним способом чаще всего и пользуются.
Как уже было указано, для описания движения тел нужно не только
выбрать систему отсчета, но установить, каким образом мы будем определять
моменты времени, в которые та или иная точка движущегося тела
занимает известное положение.
Время обычно отсчитывается по часам и, следовательно, задача сводится
к определению положения стрелок часов в то мгновение, когда
выбранная точка движущегося тела занимает определенное положение.
Другими словами, должна быть установлена одновременность двух событи
й— прохождение какой-то точки тела через определенное положение и
прохождение стрелки через определенное деление циферблата часов. Если
и движущееся тело, и часы находятся в одном месте, то мы можем непосредственным
наблюдением констатировать одновременность двух событий *).
Если же часы и движущееся тело находятся в разных местах, то речь
идет об установлении одновременности двух событий, из которых одно
происходит «здесь» (стрелка часов проходит через определенное деление),
а другое — «там» (движущееся тело проходит через определенное положение).
А это нечто совсем иное. Нужен какой-то сигнал, который дал
бы нам знать, что «там» это событие произошло. В качестве этого сигнала
мы условимся пользоваться световыми сигналами или радиосигналами.
В тот момент, когда «там» произошло событие (точка тела проходит
через определенное положение), посылается световой сигнал (или радиосигнал).
Получив этот сигнал, мы отмечаем положение стрелки часов.
Однако, не этот момент мы будем считать моментом, когда «там» произошло
событие. Если в момент получения сигнала часы показывают время
t, то моментом, когда «там» произошло событие, мы будем считать
где t j — промежуток времени, в течение которого световой сигнал проходит
путь «оттуда» «сюда». Для определения момента, когда «там» произошло
событие, мы должны знать промежуток времени т1; в течение которого
световой сигнал проходит «оттуда» «сюда», и этот промежуток
отсчитать от показаний часов. Но мы не в состоянии непосредственно
измерить промежуток времени, за который световой сигнал проходит путь
«оттуда» «сюда». Действительно, для того чтобы измерить этот промежуток
времени, необходимо знать момент, когда «оттуда» вышел световой
сигнал. Для этого мы должны были бы использовать какой-то другой
сигнал, который дал бы нам знать, когда именно световой сигнал вышел
«оттуда». И этот другой сигнал должен был бы распространяться с гораздо
большей скоростью, чем световой, для того чтобы временем его
распространения, по сравнению с временем распространения светового
сигнала, мы могли пренебречь.
Однако, мы не располагаем никакими сигналами, распространяющимися
быстрее, чем световые. Скорость света есть наибольшая скорость распространения
сигналов, которая нам известна. Поэтому мы не можем непо-
.средственно измерить промежуток времени Tj.
Но мы можем измерить промежуток времени, в течение которого световой
сигнал проходит путь туда и обратно. Для этого мы можем, например,
«отсюда» послать световой сигнал на зеркало, находящееся «там»,
и отметить моменты, когда сигнал отправлен и когда он возвратился.
Оба эти события (отправление сигнала и приход сигнала) происходят
«здесь», и мы прямо отсчитываем моменты отправления и прихода сигнала
*). При этом мы получим какой-то промежуток времени т’. Он,
очевидно, равен сумме двух промежутков времени: т2 — времени прохождения
сигнала туда и t j — времени прохождения сигнала обратно,
от показаний часов «здесь», чтобы определить момент, когда «там»
Предположение, что t j — т2, означает, что мы считаем скорость светового
сигнала с в обоих направлениях одинаковой. Это предположение не
может быть проверено непосредственно на опыте, так как мы не можем
непосредственно измерить промежутки времени Tj и т 2, а всегда лишь их
сумму т’. Но если мы сделаем заранее указанное предположение, то мы
можем найти скорость света с, измерив промежуток т’ и расстояние х
«отсюда» до «туда». Тогда…
Такие измерения скорости света производились неоднократно самыми
различными методами, причем оказалось, что величина с (в пустоте) всегда
одна и та же и равна 299 796 км/сек. Поэтому нет необходимости
того чтобы определить момент, когда «там» произошло событие. Если
расстояние «отсюда» — «туда» есть х и если в момент получения сигнала
о событии часы «здесь» показывают время t, то моментом, когда «там»
произошло событие, мы будем считать момент…
где с— постоянная скорость света. Соотношение (2.2) и есть определение
того, что мы называем моментом, когда «там» произошло событие, или
определение одновременности двух событий, происшедших в разных ме-
Как и всякое определение, оно не может быть проверено на
опыте, но оно не должно приводить к противоречиям. И до сих пор оно
еще ни разу не привело к противоречиям.
С определением одновременности дело обстоит совершенно так же,
как и со всяким другим определением, например, определением длины.
Чтобы определение длины не было противоречиво, линейка, при помощи
которой мы определяем длину, должна обладать определенными физическими
свойствами (быть достаточно жесткой). Но нельзя проверить на опыте, чтс
метр, хранящийся в Палате мер и весов, не изменяет своей длины. Мы
ведь определили этот метр как единицу длины; длина его по определению
Точно так же и световые сигналы, при помощи которых мы определяем
одновременность двух событий, должны обладать определенными физическими
свойствами. Но мы не можем проверить на опыте, что скорость
световых сигналов в двух направлениях одна и та же: она одна и та же
по определению. Поскольку наше определение одновременности не приводит
к противоречиям, то световые сигналы обладают такими физическими
свойствами, которые делают их пригодными для определения одновременности,
точно так же, как физические свойства платинового стержня
делают его пригодным для измерения длины.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Похожие материалы
Тестовые задания по физике за курс основной школы
Статья «Правило размерностей. Информационные материалы и методические указания к уроку».
Статья «Физические законы и размерность величин. Информационные материалы и методические указания к уроку».
Статья «Размерность физических величин. Информационные материалы и методические указания к уроку».
План урока «Магнитное поле, свойства магнитного поля»
Статья «Системы единиц. Информационные материалы и методические указания к уроку»
Статья «Системы единиц. Информационные материалы и методические указания к уроку».
Не нашли то что искали?
Воспользуйтесь поиском по нашей базе из
5403738 материалов.
Вам будут интересны эти курсы:
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Путин поручил не считать выплаты за классное руководство в средней зарплате
Время чтения: 1 минута
В МГУ заработала университетская квантовая сеть
Время чтения: 1 минута
Время чтения: 2 минуты
Минтруд представил проект программ переобучения безработных на 2022 год
Время чтения: 2 минуты
Учителям предлагают 1,5 миллиона рублей за переезд в Златоуст
Время чтения: 1 минута
В России утвердили новый порядок формирования федерального перечня учебников
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
§ 1. Механическое движение. Система отсчёта (окончание)
Описать движение тела — это значит указать способ определения его положения в пространстве в любой момент времени.
Уже на первый взгляд задача описания кажется очень сложной. В самом деле, взгляните на клубящиеся облака, колышущиеся листья на ветке дерева. Представьте себе, какое сложное движение совершают поршни автомобиля, мчащегося по шоссе. Как же приступить к описанию движения? Самое простое (а в физике всегда идут от простого к сложному) — это научиться описывать движение точки. Под точкой можно понимать, например, маленькую отметку, нанесённую на движущийся предмет — футбольный мяч (рис. 1.1), колесо трактора и т. д. Если мы будем знать, как происходит движение каждой такой точки (каждого очень маленького участка) тела, то мы будем знать, как движется всё тело.
Однако когда вы говорите, что пробежали на лыжах 10 км, то никто не станет уточнять, какая именно часть вашего тела преодолела расстояние в 10 км, хотя вы отнюдь не точка. В данном случае это не имеет сколько- нибудь существенного значения.
Введём понятие материальной точки — первой физической мо дели реальных тел.
Запомни
Материальная точка — тело, размерами и формой которого можно пренебречь в условиях рассматриваемой задачи.
Какие слова вам кажутся наиболее важными в определении материальной точки? Приведите товарищу по парте примеры ситуаций, в которых реальные объекты можно считать материальными точками. Рассмотрите ситуации, в которых для этих объектов модель материальной точки применить нельзя.
Система отсчёта. Движение любого тела, как мы уже знаем, есть движение относительное. Это значит, что движение данного тела может быть различным по отношению к другим телам. Изучая движение интересующего нас тела, мы обязательно должны указать, относительно какого тела это движение рассматривается.
Запомни
Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчёта.
Чтобы рассчитать положение точки (тела) относительно выбранного тела отсчёта в зависимости от времени, надо не только связать с ним систему координат, но и суметь измерить время. Время измеряют с помощью часов. Современные часы — это сложные устройства. Они позволяют измерять время в секундах с точностью до тринадцатого знака после запятой. Естественно, ни одни механические часы такой точности обеспечить не могут. Так, одни из самых точных в стране механических часов на Спасской башне Кремля в десять тысяч раз менее точны, чем Государственный эталон времени. Если эталонные часы не корректировать, то на одну секунду они убегут или отстанут за триста тысяч лет. Понятно, что в быту нет необходимости измерять время с очень большой точностью. Но для физических исследований, космонавтики, геодезии, радиоастрономии, управления воздушным транспортом высокая точность в измерении времени просто необходима. От точности измерения времени зависит точность, с которой мы сумеем рассчитать положение тела в какой-либо момент времени.
Запомни
Совокупность тела отсчёта, связанной с ним системы координат и часов называют системой отсчёта.
На рисунке 1.2 показана система отсчёта, выбранная для рассмотрения полёта брошенного мяча. В данном случае телом отсчёта является дом, оси координат выбраны так, что мяч летит в плоскости XOY, для определения времени берётся секундомер.
В какой системе отсчёта лучше рассматривать движение: космонавта на Луне: автомобиля, догоняющего впереди движущийся автобус; мяча, упавшего в воду из движущейся по реке лодки?
Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Кинематика. Механическое движение. Система отсчёта
Вопросы к параграфу
1. Что называется телом отсчёта?
2. Что составляет систему отсчёта?
3. Какие способы отсчёта времени вам известны?
Образцы заданий ЕГЭ
A1. Истинность теории базируется на
А) достоверности экспериментов, лежащих в её основе
Б) экспериментальном подтверждении выводов из неё
1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б
A2. Исследуется перемещение слона и мухи. Модель материальной точки может использоваться для описания движения
1) только слона 3) и слона, и мухи в разных исследованиях
2) только мухи 4) ни слона, ни мухи, поскольку это живые существа
A3. Решаются две задачи:
А. Рассчитывается манёвр стыковки двух космических кораблей.
Б. Рассчитываются периоды обращения космических кораблей вокруг Земли. В каком случае космические корабли можно рассматривать как материальные точки?
1) только в первом 3) в обоих случаях
2) только во втором 4) ни в первом, ни во втором
А4. Когда мы говорим, что смена дня и ночи на Земле объясняется восходом и заходом Солнца, то мы имеем в виду систему отсчёта, связанную с
1) Солнцем 3) планетами
2) Землёй 4) любым телом
А5. Чтобы было проще рассчитать время движения автобуса между двумя остановками, надо в качестве тела отсчёта выбрать
Системы отсчета и их виды
В физике часто встречаются термины «система отсчета» и «инерциальная система отсчета». Ознакомимся с ними.
Что такое система отсчета
Система отсчета содержит:
Если все три пункта выполнены, то говорят, что задана система отсчета.
С телом отсчета связаны координатные оси, если тело отсчета будет двигаться, то система отсчета будет передвигаться совместно с ним.
Системы отсчета используются не только в физике. В повседневной жизни мы пользуемся картами местности. При этом, на карте мы отмечаем две точки:
Проложив маршрут и измерив расстояние между этими точками, мы сможем посчитать расстояние, которое нужно преодолеть, чтобы переместиться. А указав интервал времени, мы сможем рассчитать, с кокой скоростью нужно двигаться, чтобы вовремя прибыть к месту назначения.
Виды систем отсчета и их сравнение
Все системы отсчета (сокращенно СО) можно разделить на два вида:
От того, как система отсчета движется, зависит, можно ли считать ее инерциальной, или нет.
Инерциальные системы отсчета
Инерциальная система отсчета — это такая, которая:
Примеры инерциальных систем отсчета:
Примечания:
1. Вместо слов «скорость не меняется», физики часто употребляют такие слова: «скорость постоянная», или «модуль вектора скорости сохраняется».
2. Скорость – это вектор, у любого вектора есть две главные характеристики:
Подробнее о векторах и их характеристиках «здесь».
Не инерциальные системы отсчета
Не инерциальная система отсчета — это такая, которая:
Бывает и так, что одновременно изменяет и по модулю, и по направлению. Главное, что изменяет. Например, гоночный автомобиль на соревнованиях входит в поворот и одновременно набирает скорость.
Примеры не инерциальных систем отсчета:
Для чего нужно знать, к какому виду отнести систему отсчета
Предположим, нам нужно решить какую-то задачу механики. Чтобы ее решить мы вводим систему отсчета. Является ли система отсчета инерциальной, нужно знать потому, что
Для иллюстрации рассмотрим такой пример:
Представим, что мы находимся внутри пассажирского вагона. Поднимем на вытянутой руке мяч и разожмем ладонь, чтобы мяч из нее выпал. Будем изучать траекторию, по которой мяч движется. На всех рисунках пунктиром обозначено начальное положение мяча, а сплошным кругом — его конечное положение. Рассмотрим движение мяча в каждом из случаев:
Случай 1. Вагон покоится
Когда вагон покоится, свободно падающий мяч падает вертикально
Случай 2. Вагон движется равномерно прямолинейно
Красная стрелка — это вектор скорости вагона, он обозначен символом \( \vec
Когда вагон движется равномерно прямолинейно, свободно падающий мяч падает вертикально
Случай 3. Вагон движется прямолинейно равнозамедленно
Вектор скорости вагона обозначен символом \( \vec
Когда вагон движется прямолинейно равнозамедленно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.
Случай 4. Вагон движется прямолинейно равноускоренно
Вектор скорости вагона \( \vec
Когда вагон движется прямолинейно равноускоренно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали
Случай 5. Вагон движется криволинейно
На рисунке представлена одна из возможных траекторий движения мяча. Траектория мяча будет зависеть от того, будет ли вагон, входящий в поворот, ускоряться, или замедляться.
Изогнутая стрелка указывает направление, в котором вагон поворачивает (изменяет направление движения).
Когда вагон движется криволинейно, свободно падающий мяч отклоняется от вертикали.
Подведем итог:
В первых двух случаях (см. рис. №1, №2), траектории мяча были одинаковыми. В этих двух случаях вагон является инерциальной системой отсчета.
Рисунки №3, №4 и №5 иллюстрируют неинерциальные системы отсчета. В случаях, представленных на этих рисунках, траектории мяча различаются. Формы траекторий зависят от дополнительных сил, действующих в неинерциальных системах отсчета на мяч.