Նյուտոնի հարաբերական շարժումը

Նյուտոնի հարաբերական շարժումը. աշխարհի ըմբռնումը շարժման տեսանկյունից

Հարաբերական շարժումը ֆիզիկայի հիմնարար հասկացություններից մեկն է, որն օգնում է մեզ հասկանալ, թե ինչպես են մարմինները շարժվում դիտորդի նկատմամբ, ով նույնպես կարող է շարժվել: Հարաբերական շարժում տերմինը, ըստ էության, վերաբերում է այլ հենակետից չափված շարժմանը: Ավելի քան երեք դար այս սկզբունքը դասական մեխանիկայի անբաժանելի մասն է կազմել՝ շնորհիվ Իսահակ Նյուտոնի նշանակալի ներդրման: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք հարաբերական շարժման հասկացությունը Նյուտոնյան տեսանկյունից՝ սկսած դրա հիմունքներից մինչև դրա կիրառությունները առօրյա կյանքում և ժամանակակից գիտությունում:

Նյուտոնյան մեխանիկայի հիմունքները

Մինչև հարաբերական շարժման մեջ խորանալը, օգտակար է հասկանալ Նյուտոնյան մեխանիկայի հիմունքները: Իսահակ Նյուտոնը ձևակերպել է շարժման երեք օրենք, որոնք կազմում են դասական մեխանիկայի հիմքը.

1. Իներցիայի օրենքը. Մարմինը կմնա անշարժ վիճակում կամ կշարժվի ուղիղ գծով հաստատուն արագությամբ, եթե արտաքին ուժ չի պարտադրում նրան։
2. Գործողության և ռեակցիայի օրենքը. Մարմնի արագացումը ուղիղ համեմատական ​​է դրա վրա կիրառված ուժին և հակադարձ համեմատական ​​է մարմնի զանգվածին։
3. Գործողության և արձագանքի օրենքը. Յուրաքանչյուր գործողության համար կա հավասար և հակառակ արձագանք:

Այս երեք օրենքները, որոնք կարգավորում են, թե ինչպես են մարմինները շարժվում ուժերի ազդեցությամբ, նաև հիմք են հանդիսանում հարաբերական շարժման մեր ըմբռնման համար։

Ի՞նչ է հարաբերական շարժումը։

Հարաբերական շարժումը ենթադրում է առարկայի շարժման դիտարկումը տարբեր հենակետերից: Օրինակ՝ պատկերացրեք, որ դուք շարժվող գնացքի մեջ եք: Ձեր և մյուս ուղևորների տեսանկյունից թվում է, թե դուք անշարժ կանգնած եք, մինչ գնացքը շարժվում է: Սակայն գնացքից դուրս կանգնած մեկի համար (օրինակ՝ կայարանի հարթակում), դուք շարժվում եք գնացքի հետ միասին:

Այս տարբեր տեսանկյունը ցույց է տալիս, որ շարժումը հարաբերական է. բացարձակ շարժում գոյություն չունի: Նյուտոնը հասկացել է սա և ներառել այն իր մեխանիկայի սկզբունքներում:

Իներցիոն և ոչ իներցիոն համակարգեր

Նյուտոնյան մեխանիկայում շարժողական հղումները կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի՝ իներցիոն և ոչ իներցիոն համակարգեր։

Իներցիոն համակարգ
Իներցիալ համակարգը հենման համակարգ է, որը շարժվում է հաստատուն արագությամբ, ինչը նշանակում է, որ այն չի զգում արագացում: Այս համակարգում Նյուտոնի օրենքները կիրառվում են առանց փոփոխության: Օրինակ, եթե հաստատուն արագությամբ շարժվող երկու գնացքներում գտնվող երկու դիտորդներ դիտարկում են գնդակի շարժումը իրենց համապատասխան գնացքներում, նրանք կտեսնեն, որ գնդակը շարժվում է Նյուտոնի օրենքների համաձայն՝ առանց որևէ փոփոխության:

Ոչ իներցիոն համակարգ
Մյուս կողմից, ոչ իներցիալ համակարգը արագացում ապրող հենակետային համակարգ է: Այս համակարգում Նյուտոնի օրենքները լիովին չեն կիրառվում, եթե չհաշվի չառնենք կեղծ ուժերը, ինչպիսիք են Կորիոլիսի ուժը կամ կենտրոնախույս ուժը: Օրինակ, եթե դուք արագացող մեքենայի մեջ եք, ձեզ կզգաք, որ ձեզ հետ են մղում:

Գալիլեյան փոխակերպումներ

Նյուտոնյան դասական մեխանիկայի հարաբերական շարժումը հասկանալու հիմքերից մեկը Գալիլեյի ձևափոխություններն են: Նյուտոնին ոգեշնչած Գալիլեո Գալիլեյը նշել է, որ ֆիզիկայի օրենքները հավասարապես կիրառվում են բոլոր իներցիոն համակարգերում: Գալիլեյի ձևափոխության բանաձևը թույլ է տալիս մեզ անցնել մեկ իներցիոն համակարգից մյուսը՝ գումարելով կամ հանելով դրանց միջև եղած հարաբերական արագությունները:

Օրինակ, եթե գնացքը շարժվում է դեպի աջ՝ \(v\ արագությամբ, և ինչ-որ մեկը գնդակը նետում է առաջ գնացքի մեջ՝ գնացքի նկատմամբ \(u\) արագությամբ, ապա գնդակի արագությունը գետնի նկատմամբ \(u + v\) է։ Այս փոխակերպումը շատ օգտակար է դասական մեխանիկայի բազմաթիվ հարաբերական շարժման խնդիրներ լուծելու համար։

Նյուտոնի հարաբերական շարժման կիրառությունները առօրյա կյանքում

Հարաբերական շարժման ըմբռնումը հեռահար հետևանքներ ունի առօրյա կյանքի և տեխնոլոգիայի բազմաթիվ ասպեկտների համար: Ահա մի քանի օրինակներ.

Արբանյակային նավիգացիա

GPS արբանյակները շարժվում են Երկրի մակերևույթի նկատմամբ մեծ արագությամբ։ Ճշգրիտ դիրքի տեղեկատվություն տրամադրելու համար GPS համակարգը պետք է հաշվի առնի հարաբերական շարժման ազդեցությունը, մասնավորապես՝ հաճախականության տեղաշարժը, որը հայտնի է որպես Դոպլերի էֆեկտ։ Հակառակ դեպքում, արբանյակների կողմից տրամադրված դիրքը կարող է սխալ լինել մինչև մի քանի մետր։

Տրանսպորտասի

Տրանսպորտային համակարգերի կառավարումն ու նախագծումը՝ մայրուղիներից մինչև գնացքներ և ինքնաթիռներ, պահանջում է հարաբերական շարժման լավ ըմբռնում: Օրինակ՝ մարդաշատ խաչմերուկում, տրանսպորտային միջոցների միմյանց նկատմամբ շարժման եղանակի ըմբռնումը կարող է օգնել խուսափել վթարներից:

Ֆիզիկա և տիեզերք

Միջազգային տիեզերական կայանի (ՄՏԿ) տիեզերագնացները շարժվում են Երկրի նկատմամբ մեծ արագությամբ։ Հարաբերական շարժման ըմբռնումը թույլ է տալիս նրանց հաշվարկել այլ տիեզերանավի հետ ճիշտ ուղեծրում կամ հանդիպման համար անհրաժեշտ մանևրները։

Հարաբերականության տեսության հետ տարբերությունները

Շատերը հաճախ շփոթում են Նյուտոնի հարաբերական շարժումը Ալբերտ Այնշտայնի հարաբերականության տեսության հետ։ Չնայած երկուսն էլ հնարավորություն են տալիս հասկանալու հարաբերական շարժումը, դրանց միջև կան կարևոր տարբերություններ։

Հատուկ հարաբերականություն
Այնշտայնի հարաբերականության հատուկ տեսությունը ներմուծեց այն գաղափարը, որ լույսի արագությանը մոտեցող մարմնի արագությունը ազդում է ոչ միայն հարաբերական արագության, այլև ժամանակի և տարածության վրա։ Նյուտոնյան համակարգում ժամանակը համարվում էր համընդհանուր հաստատուն, որը նույնն է բոլոր դիտորդների համար, սակայն Այնշտայնը ցույց տվեց, որ ժամանակը կարող է ավելի դանդաղ ընթանալ արագ շարժվող վիճակում գտնվող դիտորդի համեմատ։

Ընդհանուր հարաբերականություն
Այնշտայնը նաև ընդլայնեց հարաբերական շարժման հասկացությունը իր հարաբերականության ընդհանուր տեսության միջոցով, որը ներկայացրեց ձգողականության ազդեցությունը տարածաժամանակի կորության վրա։ Սա զգալիորեն տարբերվում էր Նյուտոնի տեսակետից, որտեղ ձգողականությունը համարվում էր «բացարձակ տարածության» մեջ ակնթարթորեն գործող ուժ։

Եզրակացություն

Հարաբերական շարժումը հիմնարար հասկացություն է, որը մշակվել է Իսահակ Նյուտոնի կողմից և ընկած է դասական մեխանիկայի բազմաթիվ սկզբունքների հիմքում։ Հարաբերական շարժման հասկացումը թույլ է տալիս մեզ հասկանալ, թե ինչպես են շարժվում մարմինները և տալ ավելի ճշգրիտ նկարագրություններ տարբեր հղման համակարգերում։ Գալիլեյան ձևափոխություններից մինչև դրա առօրյա կիրառությունները, հարաբերական շարժումը մնում է արդիական և օգտակար դասական ֆիզիկայում։

Չնայած դասական մեխանիկայի և Այնշտայնի հարաբերականության տեսության միջև եղած զգալի տարբերություններին, Նյուտոնի ներդրումը հարաբերական շարժման մեր ըմբռնման մեջ մնում է կարևորագույն հանգրվան գիտության պատմության մեջ։ Մինչ օրս հարաբերական շարժման գաղափարը օգնում է մարդկանց ամենատարբեր ոլորտներում՝ սկսած առօրյա տեխնոլոգիայից մինչև տիեզերքի հետազոտություն։