Скорость механического движения

1. Скорость механического движения
2. Закон сложения скоростей
3. Скорость со знаком минус

Пример 1
Допустим, что авто с людьми перемещается по шоссе. Люди осуществляют движение вместе с машиной, то есть они перемещаются в пространстве относительно трассы, но относительно авто они неподвижны.

Данный пример показывает, что для определения перемещения нужно назначить точку отсчета, то есть какой-то объект, по отношению к которому рассматривается перемещение другого объекта. К данной точке отсчета привязывается система координат, что тесно связана с методами измерения времени, а в совокупности они создают концепцию отсчёта.

Расположение объекта задают координатами. К примеру, габариты космической станции, что находится на орбите вокруг Земли, не принимаются во внимание, так как они очень малы во вселенских масштабах, а рассчитывается лишь траектория её движения во времени. То есть, размерами объектов зачастую пренебрегают и рассматривают отдельные тела в качестве материальных точек.

Линию, по которой перемещается материальная точка, называют траекторией, а её длину – путём. Единицей измерения пути является метр (м). Механическое движение материальной точки характеризуют тремя основными физическими величинами: скоростью, перемещением и ускорением.

Скорость механического движения

Механическое перемещение описывают ещё и быстротой движения объекта, что и является скоростью его движения. Скорость – величина векторная. То есть для полного описания скорости необходимо знать не только её значение, но и направление движения объекта. Обычно направление скорости рассматривается в сторону траектории движения материальной точки. Таким образом величина скорости изучаемого объекта показывает путь, который он преодолел за одну единицу времени. Иными словами, для расчёта скорости перемещения необходимо путь, пройденный объектом, разделить на интервал времени прохождения данного пути.

То есть, это векторная величина, показывающая предел стремления средней скорости за ничтожно малый интервал времени. Данная траектория есть первой производной от вектора по времени. Вектором моментальной скорости является касательная к траектории перемещения объекта, направленная в сторону его движения.

Величина мгновенной скорости точно определяет движение объекта в настоящий момент времени.
К примеру, при поездке авто в отдельный момент времени скорость на спидометре равняется 100 км/ч, чуть позже стрелка спидометра указывает на 110 км/ч, а после – 90 км/ч.

Физический смысл мгновенной скорости состоит в том, что она характеризует изменение движения объектов в пространстве. И для того, чтобы понять, как изменяется местонахождение объекта, необходимо некоторое время за ним наблюдать.

Тот же спидометр измеряет скорость на основании конкретного отрезка времени. В физическом смысле понятие определения скорости в данный конкретный момент является не совсем корректным. Просто данный термин является удобным при расчетах параметров движения тела.

Закон сложения скоростей

Скорость любого движущегося тела относительно точки отсчета будет равняться векторной сумме скоростей движения элементов относительно подвижной системы. Данная теория позволяет точно определить местонахождение объекта в конкретный момент времени.

Рассмотрим данный закон более подробно. Для этого возьмем две системы отсчёта, одна из которых будет связана с неподвижной точкой отсчета \(О\). Обозначим эту систему отсчёта буквой \(К\), она будет неподвижна.
Вторую систему обозначим буквой \(К'\), она будет перемещаться относительно точки отсчета О определенной скоростью \(u ̅\), и будет подвижной.

Стоит сказать, что скорость – это векторная величина. Направление вектора скорости определяется траекторией движения. Он направлен по касательной к траектории перемещения тела в конкретный момент.

Скорость со знаком минус

Английский ученый Роберт Бойд сумел присвоить отрицательную скорость пучку света. Это происходило в момент импульса, продвигающегося к источнику, а не наоборот. Интересным является тот факт, что при изменении определённым образом окружающей среды и пропускании через неё пучка света, становится возможным управлять его скоростью, как бы замедляя его в сотни тысяч раз, либо совсем останавливая.

В этом примере говорится о групповой скорости, которая определяет скорость перемещения одного пучка импульса света. Благодаря рассеиванию данный элемент может перемещаться гораздо медленнее, нежели каждый отдельно взятый фотон, и наоборот – быстрее скорости света вакуума.

Здесь не говорится о нарушении закона природы, так как самые первые фотоны импульса долетают до конца не раньше, чем свет. Если говорить об остановке светового пучка, то стоит отметить поглощение импульса специальной средой с повторным излучением. В этот момент все исходные свойства объекта остаются неизменными вплоть до последнего фотона.