Ньютоны харьцангуй хөдөлгөөн: Дэлхийг хөдөлгөөнт өнцгөөс ойлгох нь
Харьцангуй хөдөлгөөн нь физикийн үндсэн ойлголтуудын нэг бөгөөд объектууд хөдөлж байж болох ажиглагчтай хэрхэн холбогдож байгааг ойлгоход тусалдаг. Харьцангуй хөдөлгөөн гэдэг нэр томьёо нь үндсэндээ өөр лавлах цэгээс хэмжсэн хөдөлгөөнийг хэлдэг. Гурван зууны турш энэ зарчим нь Исаак Ньютоны чухал хувь нэмрийн ачаар сонгодог механикийн салшгүй хэсэг байсаар ирсэн. Энэ нийтлэлд бид харьцангуй хөдөлгөөний тухай ойлголтыг Ньютоны үүднээс авч үзэх бөгөөд түүний үндсэн ойлголтуудаас эхлээд өдөр тутмын амьдрал болон орчин үеийн шинжлэх ухаанд хэрэглэх хүртэл нь авч үзэх болно.
Ньютоны механикийн үндэс
Харьцангуй хөдөлгөөнийг гүнзгийрүүлэн судлахаасаа өмнө Ньютоны механикийн үндсийг ойлгох нь тустай. Исаак Ньютон сонгодог механикийн гол тулгуур болох хөдөлгөөний гурван хуулийг томъёолсон:
1. Инерцийн хууль: Гадны хүчний нөлөөгөөр биет хөдөлгөөнгүй хэвээр байх эсвэл тогтмол хурдтайгаар шулуун шугамд хөдөлнө.
2. Үйлдэл ба урвалын хууль: Биетийн хурдатгал нь түүнд үйлчилж буй хүчтэй шууд пропорциональ, биеийн масстай урвуу пропорциональ байна.
3. Үйлдэл ба хариу үйлдлийн хууль: Үйлдэл бүрийн хувьд тэнцүү ба эсрэг хариу үйлдэл байдаг.
Хүчний үйлчлэлээр объектууд хэрхэн хөдөлдөгийг зохицуулдаг эдгээр гурван хууль нь харьцангуй хөдөлгөөний талаарх бидний ойлголтын үндэс суурийг бүрдүүлдэг.
Харьцангуй хөдөлгөөн гэж юу вэ?
Харьцангуй хөдөлгөөн гэдэг нь объектын хөдөлгөөнийг өөр өөр лавлах цэгүүдээс ажиглахыг хэлнэ. Жишээлбэл, та хөдөлж буй галт тэргэнд сууж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Таны болон бусад зорчигчдын үүднээс авч үзвэл галт тэрэг хөдөлж байх үед та хөдөлгөөнгүй зогсож байгаа мэт санагддаг. Гэсэн хэдий ч галт тэрэгний гадна (жишээлбэл, буудлын тавцан дээр) зогсож буй хүнд та галт тэрэгтэй хамт хөдөлж байна гэсэн үг.
Энэхүү өөр өөр үзэл бодол нь хөдөлгөөн харьцангуй гэдгийг харуулж байна; үнэмлэхүй хөдөлгөөн гэж байдаггүй. Ньютон үүнийг ойлгож, механикийн зарчимдаа оруулсан.
Инерцийн болон инерцийн бус системүүд
Ньютоны механикт хөдөлгөөний лавлагааг инерцийн болон инерцийн бус систем гэсэн хоёр ангилалд хувааж болно.
Инерцийн систем
Инерцийн систем гэдэг нь тогтмол хурдаар хөдөлдөг лавлах систем бөгөөд өөрөөр хэлбэл хурдатгалгүй. Энэ системд Ньютоны хуулиуд өөрчлөлтгүйгээр үйлчилнэ. Жишээлбэл, тогтмол хурдаар хөдөлж буй хоёр галт тэрэгний хоёр ажиглагч тус тусын галт тэрэгнийхээ бөмбөгний хөдөлгөөнийг ажиглавал тэд бөмбөгийг Ньютоны хуулиудын дагуу ямар ч өөрчлөлтгүйгээр хөдөлж байгааг харах болно.
Инерцийн бус систем
Нөгөөтэйгүүр, инерцийн бус систем нь хурдатгалд орж буй лавлах систем юм. Энэ системд Ньютоны хуулиуд нь Кориолис хүч эсвэл төвөөс зугтах хүч гэх мэт хуурамч хүчийг авч үзэхгүй бол бүрэн хэрэгжихгүй. Жишээлбэл, хэрэв та хурдатгалтай машинд байгаа бол арагшаа түлхэгдсэн мэт санагдах болно.
Галилейн хувирал
Ньютоны сонгодог механикийн харьцангуй хөдөлгөөнийг ойлгох үндэс суурийн нэг бол Галилео хувиргалт юм. Ньютоныг урамшуулсан Галилео Галилей физикийн хуулиуд бүх инерцийн системд адилхан үйлчилдэг гэж мэдэгдсэн. Галилео хувиргалтын томъёо нь тэдгээрийн хоорондох харьцангуй хурдыг нэмэх эсвэл хасах замаар нэг инерцийн системээс нөгөө систем рүү шилжих боломжийг бидэнд олгодог.
Жишээлбэл, хэрэв галт тэрэг баруун тийш \(v\) хурдтай хөдөлж байгаа бөгөөд хэн нэгэн галт тэргэнд бөмбөгийг галт тэрэгтэй харьцуулахад \(u\) хурдтайгаар урагш шидвэл бөмбөгний газартай харьцуулахад хурд нь \(u + v\) байна. Энэхүү хувиргалт нь сонгодог механикийн олон харьцангуй хөдөлгөөний асуудлыг шийдвэрлэхэд маш их хэрэгтэй байдаг.
Ньютоны харьцангуй хөдөлгөөнийг өдөр тутмын амьдралд хэрэглэх нь
Харьцангуй хөдөлгөөнийг ойлгох нь өдөр тутмын амьдрал болон технологийн олон талбарт өргөн хүрээтэй үр дагавартай. Зарим жишээг энд оруулав.
Хиймэл дагуулын навигаци
GPS хиймэл дагуулууд дэлхийн гадаргуутай харьцангуй өндөр хурдтай хөдөлдөг. Байршлын мэдээллийг үнэн зөв өгөхийн тулд GPS систем нь харьцангуй хөдөлгөөний нөлөөллийг, ялангуяа Доплерийн нөлөө гэгддэг давтамжийн шилжилтийг харгалзан үзэх ёстой. Үгүй бол хиймэл дагуулуудын өгсөн байрлал хэдэн метр хүртэл нарийвчлалгүй байж болно.
Тээвэр
Хурдны замаас эхлээд галт тэрэг, онгоц хүртэлх тээврийн системийн удирдлага, зураг төсөл нь харьцангуй хөдөлгөөнийг сайн ойлгохыг шаарддаг. Жишээлбэл, ачаалал ихтэй уулзвар дээр тээврийн хэрэгслүүд бие биенээсээ харьцангуй хэрхэн хөдөлж байгааг ойлгох нь ослоос зайлсхийхэд тусалдаг.
Физик ба сансар огторгуй
Олон улсын сансрын станц (ОУСС) дээрх сансрын нисгэгчид Дэлхийтэй харьцангуй өндөр хурдтай хөдөлж байна. Харьцангуй хөдөлгөөнийг ойлгох нь тэдэнд бусад сансрын хөлөгтэй зөв тойрог замд гарах эсвэл уулзахад шаардлагатай маневрыг тооцоолох боломжийг олгодог.
Харьцангуйн онолын ялгаа
Олон хүмүүс Ньютоны харьцангуй хөдөлгөөнийг Альберт Эйнштейний харьцангуйн онолтой андуурдаг. Хоёулаа харьцангуй хөдөлгөөний талаар ойлголт өгдөг ч тэдгээрийн хооронд чухал ялгаа байдаг.
Харьцангуйн тусгай онол
Эйнштейний харьцангуйн тусгай онол нь гэрлийн хурдад ойртож буй объектын хурд нь зөвхөн харьцангуй хурд төдийгүй цаг хугацаа, орон зайд нөлөөлдөг гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Ньютоны хүрээнд цаг хугацааг бүх ажиглагчдад ижил байдаг нийтлэг тогтмол гэж үздэг байсан ч Эйнштейн хурдан хөдөлж буй төлөвт байгаа ажиглагчтай харьцуулахад цаг хугацаа илүү удаан хөдөлж болохыг харуулсан.
Харьцангуйн ерөнхий онол
Эйнштейн мөн харьцангуй хөдөлгөөний тухай ойлголтыг харьцангуйн ерөнхий онолоороо өргөжүүлсэн бөгөөд энэ нь орон зай-цаг хугацааны муруйлтад таталцлын нөлөөг нэвтрүүлсэн. Энэ нь Ньютоны үзэл бодлоос эрс ялгаатай байсан бөгөөд таталцлыг "үнэмлэхүй орон зай"-д агшин зуур үйлчилдэг хүч гэж үздэг байжээ.
Дүгнэлт
Харьцангуй хөдөлгөөн бол Исаак Ньютоны боловсруулсан үндсэн ойлголт бөгөөд сонгодог механикийн олон зарчмуудын үндэс суурь болдог. Харьцангуй хөдөлгөөнийг ойлгох нь бидэнд объектууд хэрхэн хөдөлдөгийг ойлгох, янз бүрийн лавлагааны системд илүү нарийвчлалтай тайлбар өгөх боломжийг олгодог. Галилейн хувиргалтаас эхлээд өдөр тутмын хэрэглээ хүртэл харьцангуй хөдөлгөөн нь сонгодог физикт хамааралтай бөгөөд ашигтай хэвээр байна.
Сонгодог механик болон Эйнштейний харьцангуйн онолын хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа байгаа хэдий ч Ньютоны харьцангуй хөдөлгөөний талаарх бидний ойлголтод оруулсан хувь нэмэр нь шинжлэх ухааны түүхэн дэх чухал үйл явдал хэвээр байна. Өнөөдрийг хүртэл харьцангуй хөдөлгөөний тухай санаа нь хүмүүст өдөр тутмын технологиос эхлээд сансрын судалгаа хүртэл олон салбарт тусалдаг.
