Czy podróżując pociągiem lub samolotem jesteśmy w ruchu? I tak i nie. To zależy od tego jaki przyjmiemy układ odniesienia. Tak, względem ziemi. Natomiast nie, względem tych maszyn (i dlatego w miarę spokojnie możemy podczas takich podróży wypić herbatę).
W tym artykule znajdziesz najważniejsze informacje o układach odniesienia w fizyce – poznasz definicje układu odniesienia oraz ich przykłady.
Dzień dobry! Nazywam się Leszek Bober i od 35 lat uczę fizyki. W tym artykule wytłumaczę Ci czym jest układ odniesienia na prostych przykładach oraz jak wybierać układy odniesienia aby łatwiej rozwiązywać zadania.
1. Co to jest układ odniesienia?
Układem odniesienia nazywamy ciało, względem którego określamy położenie oraz zmianę położenia (czyli ruch) innych ciał.
Na przykład, kiedy mówimy, że samochód porusza się z prędkością 50 km/h – mamy na myśli jego prędkość względem ziemi (a nie podążającego za nim innego samochodu). W tym przypadku to ziemia jest układem odniesienia.
Podróżując pociągiem możemy wygodnie rozsiąść się w naszym fotelu, który dla nas będzie nieruchomy (wybieramy siebie lub pociag jak układ odniesienia). Dla obserwatora stojącego przy torach – pociąg wraz z naszym fotelem będzie poruszał się (w tym przypadku to obserwator lub drzwo będzie układem odniesienia).
Zadanie
Turysta podróżujący pędzącym pociągiem poszedł poszukać toalety. Względem jakiego układu odniesienia turysta pozostaje w spoczynku (nie przemieszcza się)?
a) toalety
b) swojego fotela
c) mijanego drzewa
d) telefonu w kieszeni
Rozwiązanie: Turysta przemieszcza się w stronę toalety, oddala od swojego fotela oraz wraz z całym pociągiem szybko mija drzewo. Odpowiedzi a, b, c są nieprawidłowe. Odpowiedź d jest prawidłowa. Turysta oraz jego telefon nie przemieszczają się względem siebie innymi słowy turysta pozostaje w spoczynku względem swojego telefonu.
2. Wybór układu odniesienia
Odpowiednio dobierając układ odniesienia możemy uprościć nasze rozważania i obliczenia.
Wyobraźmy sobie, że jeden samochód rozpędził się do prędkości 60 km/h i zaczął wyprzedzać drugi samochód poruszający się z prędkością 50 km/h. Wybierając drugi samochód na układ odniesienia (zamiast jakiegoś punktu na poboczu drogi czy drzewa) upraszamy rozważania. Dla obserwatora siedzącego w drugim samochodzie pierwszy samochód porusza się z prędkością 10 km/h.
Ciekawostka
Już w XVII wieku Galileusz dokonał ważnego odkrycia, które pozwoliło nam lepiej zrozumieć ruch. Zasada względności Galileusza głosi, że wszystkie układy inercjalne (nie przyspieszające) odniesienia są równouprawnione – obowiązują w nich te same prawa fizyki.
To oznacza, że możemy dowolnie wybierać układy odniesienia – w zależności od naszego wyboru nasze obliczenia mogą być mniej lub bardziej skomplikowane ale otrzymane rezultaty będą równoważne.
3. Układ współrzędnych
W fizyce często reprezentujemy układ odniesienia za pomocą układu współrzędnych, dobierając początek układu współrzędnych oraz kierunek osi tak aby najwygodniej rozwiązać interesujący nas problem.
- Dla ruchu odbywającego się w lini prostej (w jednym wymiarze) pozycje ciała oznaczamy na osi x.
- Dla opisani ruchu po płaszczyźnie potrzebujemy dwóch współrzędnych (x, y) w układzie prostokątnym.
- Dla ruchu w przestrzeni – trzech współrzędnych (x, y, z).
Początek układu współrzędnych wybieramy zwykle w układzie odniesienia.
PRZYDATNY ARTYKUŁ? Udostępnij link innym:
Następny temat:
Względność ruchu
Pozostałe tematy z działu: Kinematyka
Układ odniesienia | Względność ruchu | Tor | Droga | Jednostka czasu: sekunda | Prędkość | Przyspieszenie | Ruch jednostajny prostoliniowy | Ruch jednostajnie przyspieszony (opóźniony) | Swobodny spadek