فیزیک حرکت نسبی چیست؟ – به زبان ساده + فرمول

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

حرکت نسبی، حرکت بین دو جسم متفاوت است که نسبت به یکدیگر حرکت می‌کنند. در حرکت نسبی حتی یکی از اجسام می‌تواند ساکن و جسم دیگر در حال حرکت باشد. حرکت نسبی را می‌توانیم از جنبه‌های مختلفی مانند سرعت، تندی یا شتاب بررسی کنیم. در این مطلب از مجله فرادرس، ابتدا حرکت نسبی را به زبان ساده تعریف، سپس آن را در یک و دو بعد با یکدیگر بررسی و برای درک بهتر آن مثال‌های متنوعی را با یکدیگر حل می‌کنیم.

حرکت نسبی چیست ؟​

لغت «نسبی»، کلمه‌ای بسیار عمومی است و برای بسیاری از کمیت‌های فیزیکی، غیرفیزیکی، برداری و نرده‌ای استفاده می‌شود. هر مقایسه‌ای بین کمیت‌های مختلف ماهیتی نسبی دارد. به...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

حرکت نسبی و چارچوب های مرجع لخت​

در بخش قبل و به هنگام حل مثال فهمیدیم برای به‌دست آوردن سرعت نسبی بین دو جسم متحرک به چارچوبی به نام چارچوب مرجع نیاز داریم. در این بخش رابطه بین حرکت نسبی و چارچوب‌ مرجع را با جزییات بیشتری بررسی می‌کنیم. حرکت اجسام و بررسی کمی این حرکت در فیزیک از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اگر عمیق نگاه کنیم به این نکته پی خواهیم برد که هر جسمی حرکت می‌کند. بنابراین، بررسی حرکت اجسام مختلف ممکن است کاری چالش‌برانگیز باشد. هنگامی که می‌گوییم اتومبیلی با سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت در بزرگراه حرکت می‌کند، چرخش سطح زمین به دور مرکز آن با سرعت ۱۷۰۰ کیلومتر بر ساعت در استوا را نادیده گرفته‌ایم. زمین علاوه بر چرخش به دور محور خود با سرعت ۳۰ کیلومتر بر ثانیه...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

به طور حتم از خود پرسیده‌اید منظور از لخت در چارچوب مرجع لخت چیست. چارچوب مرجع لخت به چارچوب انتخابی گفته می‌شود که یا ساکن است و یا با سرعت ثابت حرکت می‌کند. فرض کنید در قطار متحرکی نشسته‌اید. توپ کوچکی را به سمت بالا پرتاب می‌کنید و آن را می‌گیرید. از نگاه فردی که در قطار قرار دارد، توپ مستقیم و روی خط صاف به سمت بالا حرکت و پس از رسیدن به ارتفاعی بیشینه و تغییر جهت، به سمت پایین حرکت می‌کند. آیا توپ از دید ناظر روی زمین مسیر مشابهی را طی می‌کند؟ خیر. از دید ناظر روی زمین، توپ روی مسیر سهمی شکل حرکت می‌کند. دلیل این موضوع آن است که توپ به هنگام ترک دست،...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

پرتاب سیب​

فرض کنید داخل اتومبیلی نشسته‌اید و به سمت شمال کشور حرکت می‌کنید. حوصله‌تان سر رفته است، برای تفریح سیبی را از پنجره به بیرون پرتاب می‌کنید. چه چیزی مشاهده می‌کنید؟ سیب پس از برخورد به زمین به دنبال اتومبیل می‌آید. چرا؟ هنگامی‌که سیب را در دست خود داخل اتومبیل نگه داشته‌ایم، این‌گونه به نظر می‌رسد که سیب در حالت سکون قرار دارد. اما سیب نسبت به جاده با سرعتی برابر سرعت اتومبیل حرکت می‌کند. هنگامی‌که سیب را از پنجره به بیرون پرت می‌کنیم، به سیب سرعتی در خلاف جهت سرعت اولیه آن می‌دهیم. بنابراین، سرعت کلی سیب کاهش می‌یابد.

سیب هنور به سمت جلو حرکت...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

حرکت نسبی دو قطار نسبت به یکدیگر​

فرض کنید داخل کابین قطاری نشسته‌اید و از پنجره بیرون را تماشا می‌کنید. در این حال، قطار دیگری را کنار قطار خود مشاهده می‌کنید. پس از مدتی ملاحظه می‌کنید که قطار کناری حرکت می‌کند. از خود می‌پرسید حرکت قطار به کدام سمت است. پس از مدتی متوجه می‌شوید که قطار کناری ساکن است و حرکت نمی‌کند. در واقع، قطار کناری جایی نمی‌رود، بلکه این قطار شماست که حرکت می‌کند. گرچه این‌گونه به نظر می‌رسد که قطار کناری در حال حرکت است، این قطار شما است که از ایستگاه دور می‌شود. عجیب به نظر می‌رسد. این همان چیزی است که به عنوان حرکت نسبی در فیزیک می‌شناسیم. حرکت نسبی می‌گوید مشاهده هر جسمی در حال حرکت این حقیقت را نشان می‌دهد که ما آن را در حال حرکت می‌بینیم...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

اکنون فرض کنید در قطار نشسته‌اید. از دید شما قطار حرکت نمی‌کند. در این لحظه آکروبات‌باز تصمیم می‌گیرد روی سقف قطار به سمت جلو و در راستای حرکت قطار راه برود و نمایش اجرا کند. در این حالت، آکروبات‌باز نسبت به شما که داخل قطار نشسته‌اید حرکت می‌کند. سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که آکروبات‌باز با چه سرعتی نسبت به ناظرِ داخل ایستگاه حرکت می‌کند. آیا او با سرعتی برابر سرعت قطار یا سرعتی بیشتر از آن حرکت می‌کند؟ اکنون فرض کنید آکروبات‌باز تصمیم می‌گیرد در خلاف جهت حرکت قطار و از راست به چپ حرکت کند. از دید شما که در قطار نشسته‌اید، آکروبات‌باز به سمت عقب و از راست به چپ حرکت می‌کند. اما از دید ناظرِ...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

در این حالت، بردار سرعت آکروبات‌باز و قطار، هم‌راستا و هم‌جهت هستند. از این‌رو، حرکت یا سرعت آکروبات‌باز نسبت به ناظری ساکن در ایستگاه قطار برابر جمع‌ دو بردار قرمز و قهوه‌ای‌رنگ است.

با توجه به تصویر نشان داده شده در بالا، سرعت آکروبات‌باز نسبت به ناظرِ ساکن در ایستگاه قطار برابر جمع سرعت قطار و سرعت آکروبات‌باز نسبت به قطار است:

سرعت آکروبات‌باز نسبت به ناظر ساکن = سرعت قطار + سرعت آکروبات‌باز نسبت به قطار

اکنون اگر آکروبات‌بار در خلاف جهت قطار شروع به راه رفتن...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

سرعت نسبی​

تا اینجا حرکت نسبی را با ذکر مثال‌های مختلف توضیح دادیم. نخستین فکری که پس از شنیدن سرعت نسبی به ذهن شما خطور می‌کند چیست؟ به سرعت جسمی نسبت به جسم دیگر، سرعت نسبی گفته می‌شود. در بخش قبل کمی در این مورد صحبت کردیم و فرمول کلی سرعت نسبی را نوشتیم. در حالت کلی، به هنگام محاسبه سرعت نسبی، تفاوت میان دو سرعت است. VBA��� سرعت جسم B نسبت به جسم A است. در اینجا، تمرکز اصلی روی جسم B است و چارچوب مرجع را متصل به جسم A در نظر می‌گیریم. همان‌طور که در مطالب بالا اشاره شد، VBA��� با استفاده از رابطه زیر به‌دست می‌آید:

VAB=VB−VA


VA�� و VB�� به ترتیب سرعت‌های دو جسم A و B هستند. سوالی که ممکن است مطرح شود آن است که سرعت این دو جسم نسبت به چه چارچوب مرجعی اندازه...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

حرکت نسبی در یک بعد​

حرکت نسبی در یک بعد را با ذکر مثالی ساده توضیح می‌دهیم. اتوبانی خارج از شهر را در نظر بگیرید. دو اتومبیل به نام‌های A و B در این اتوبان در یک‌ جهت با سرعت‌های یکسان ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کنند. برای به‌دست آوردن سرعت اتومبیل A نسبت به اتومبیل B، سرعت دو اتومبیل را با نشستن در اتومبیل A با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. با مقایسه سرعت دو اتومبیل می‌بینیم که هر دو با سرعت یکسانی حرکت می‌کنند. بنابراین، اتومبیل A با سرعت صفر کیلومتر بر ساعت نسبت به اتومبیل B حرکت می‌کند. اکنون فرض کنید راننده اتومبیل B سرعت آن را به ۱۰۵ کیلومتر بر ساعت افزایش می‌دهد. سرعت نسبی اتومبیل B نسبت به اتومبیل A چه مقدار است؟ سرعت نسبی اتومبیل B نسبت به A برابر ۵ کیلومتر بر...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.

 

[زهـرا دُلاریـᥫ᭡]

فرمول های حرکت نسبی در یک بعد​

در حرکت نسبی در فضای یک‌بعدی اجسام و ناظرها روی خطِ مستقیم افقی یا عمودی حرکت می‌کنند. آن‌ها روی خط مستقیم افقی به سمت چپ یا راست و روی خط مستقیم عمودی، تنها می‌توانند به سمت بالا یا پایین حرکت کنند.

جابجایی جسم نقطه ای​

دو ناظر A و B را در نظر بگیرید. ناظر A نسبت به زمین ساکن است و ناظر B با سرعت vBA��� نسبت به ناظر A حرکت می‌کند. هر دو ناظر حرکت جسمی نقطه‌‌ای مانند C را تماشا و ناظر B و جسم C در امتداد خط مستقیم یکسانی حرکت می‌کنند. موقعیت مکانی جسم C نسبت به دو ناظر A و B به ترتیب برابر xCA��� و xCB��� است. دو ناظر A و B با چارچوب مرجع متصل به خود در تصویر زیر نشان داده شده‌اند.

[IMG alt="چارچوب...

لطفا برای مشاهده کامل مطالب در انجمن ثبت نام کنید.