オブジェクトの相対速度は、別の観測者が異なる測定値を取得できるため、特定の観測者に対して測定されたものです。速度は常にそれを測定する観測者に依存します。
したがって、ある人が測定した物体の速度は、それに対する相対速度になります。別のオブザーバーは、同じオブジェクトであっても、速度の異なる値を取得できます。
図1.参照システムAおよびBから見た、移動中のポイントPを表すスキーム。出典:独自の詳細。
相対的に動く2人の観測者AとBは、3番目の動く物体Pの測定値が異なる可能性があるため、AとBから見たPの位置と速度の関係を調べる必要があります。
図1は、オブジェクトPの位置と速度を測定する2つのオブザーバーAおよびBとそれぞれの参照システムを示しています。
各観測者AとBは、所定の時間tにおけるオブジェクトPの位置と速度を測定します。古典的(またはガリレオ)相対性理論では、オブザーバーAの時間は、相対速度に関係なく、オブザーバーBの時間と同じです。
この記事は、オブジェクトが光の速度よりもはるかに遅い速度を持っているほとんどの日常的な状況に有効かつ適用可能な古典的な相対論についてです。
Aに対するオブザーバーBの位置をr BAと表します。位置はベクトル量であるため、太字で示しています。Aに対するオブジェクトPの位置はrPA として示され、BrPBに対する同じオブジェクトPの位置は示される。
相対位置と速度の関係
これらの3つの位置の間には、図1の表現から推定できるベクトル関係があります。
r PA = r PB + r BA
時間tに関する前の式の導関数を取ると、各観測者の相対速度間の関係が得られます。
V PA = V PB + V BA
前の式では、Bに対するPの相対速度とAに対するBの相対速度の関数として、Aに対するPの相対速度が得られます。
同様に、Bに対するPの相対速度は、Aに対するPの相対速度およびBに対するAの相対速度の関数として記述できます。
V PB = V PA + V AB
Bに対するAの相対速度は、Aに対するBの相対速度に等しく、これに反することに注意してください。
V AB = -V BA
これは子供が動く車からそれを見る方法です
車は西から東に向かう直線道路を80 km / hの速度で進み、反対方向(および他の車線から)には100 km / hの速度でオートバイが到着します。
車の後部座席には、近づいてくるオートバイの相対速度を知りたい子供がいます。答えを見つけるために、子供は前のセクションで読んだばかりの関係を適用し、各座標系を次のように識別します。
-Aは、道路上の観測者の座標系であり、それを基準に各車両の速度が測定されています。
-Bは車、Pはオートバイです。
車Bに対するバイクPの速度を計算する場合、次の関係が適用されます。
V PB = V PA + V AB = V PA - V BA
西東方向を正とすると:
V PB =(-100 km / h-80 km / h)i = -180 km / h i
この結果は次のように解釈されます。オートバイは、車に対して180 km / hの速度で-i方向、つまり東から西に移動しています。
バイクと車の間の相対速度
バイクと車が車線を横切って交差しています。車の後部座席にいる子供は、オートバイが離れるのを見て、オートバイと車の両方が交差する前と同じ速度を維持していると仮定して、彼が離れる速度を知りたいと思っています。
答えを知るために、子供は以前に使用されたのと同じ関係を適用します。
V PB = V PA + V AB = V PA - V BA
V PB = -100 km / h i -80 km / h i = -180 km / h i
そして今、自転車は車が交差する前に接近していたのと同じ相対速度で車から離れています。
パート2の同じオートバイが、時速100 kmの同じ速度を維持しながら、方向を変えて返されます。つまり、車(時速80 kmで走行します)とオートバイはどちらも正の東西方向に動いています。
ある時点で、自動二輪車が車を通り過ぎ、車の後部座席にいる子供が通り過ぎるのを見たときの彼に対する自動二輪車の相対速度を知りたがっています。
答えを得るために、子供は再び相対運動の関係を適用します。
V PB = V PA + V AB = V PA - V BA
V PB = +100 km / h i -80 km / h i = 20 km / h i
後部座席の子供がバイクを追い越し、時速20 kmで車を追い越しています。
-運動を解決
演習1
モーターボートは、幅600 mで北から南に流れる川を渡ります。川の速度は3メートル/秒です。川の水に対するボートの速度は、東へ4 m / sです。
(i)川岸に対するボートの速度を求めます。
(ii)地面に対する船の速度と方向を示してください。
(iii)クロスオーバー時間を計算します。
(iv)開始点からどれだけ南に移動するか。
解決
図2.川を渡るボート(演習1)。出典:自作。
参照システムには2つあります。1と呼ぶ川岸の強固な参照システムと、参照システム2です。これは、川の水に浮かぶオブザーバーです。調査対象はボートBです。
川に対するボートの速度は、次のようにベクトル形式で記述されます。
V B2 = 4 i m / s
オブザーバー1(陸上)に対するオブザーバー2(川のいかだ)の速度:
V 21 = -3 j m / s
土地V B1に対する船の速度を求めます。
V B1 = V B2 + V 21
私に答える
V B1 =(4 i -3 j)m / s
ボートの速度は、以前の速度の係数になります。
- V B1 - =(42 +(-3)2)半= 5 M / S
回答II
そしてアドレスは次のようになります:
θ=アークタン(-¾)=-36.87º
回答iii
ボートの横断時間は、土地に対するボートの速度のx成分に対する川の幅の比率です。
t =(600m)/(4 m / s)= 150秒
回答iv
ボートが南に持っていたドリフトを計算するには、陸に対するボートの速度のy成分に交差時間を掛けます。
d = -3 j m / s * 150 s = -450 j m
始点から南への変位は450m。
参考文献
- ジャンコリ、D。物理学。アプリケーションの原則。第6版。プレンティスホール。80〜90
- Resnick、R.(1999)。物理的。第1巻。スペイン語の第3版。メキシコ。CompañíaEditorial Continental SA de CV 100-120。
- Serway、R.、Jewett、J.(2008)。科学と工学のための物理学。第1巻。版。メキシコ。Cengage Learning Editors。95-100。
- ウィキペディア。相対速度。回復元:wikipedia.com
- ウィキペディア。相対速度法。回復元:wikipedia.com