Question

2. Решите задачу, изображённую на рис. 38, в системе отсчёта, свя- занной с велосипедистом. (Особое внимание уделите вопросам: куда направить координатную ось? Куда и с какой скоростью в этой системе отсчёта будут двигаться Земля и мотоциклист?) ​

Answer 1

Ответ:

Шаг 1. Пусть начало отсчета совпадает с мотоциклистом. Ось X направим вдоль дороги от мотоциклиста в сторону велосипедиста, как показано на рис. 39. В качестве единицы длины выберем 1 м. Часы (секундомер) включим в момент начала наблюдения.

Движение велосипедиста относительно мотоциклиста

Шаг 2. Найдем начальную координату велосипедиста xв0 в момент времени t = 0. Видно, что в выбранной системе отсчета xв0 = 600 м, так как расстояние от начала отсчета (мотоциклиста) до велосипедиста l = 600 м.

Шаг 3. В выбранной системе отсчета мотоциклист неподвижен (так как он является началом отсчета и его координата все время равна xм = 0). Определим значение скорости велосипедиста. В выбранной системе отсчета Земля вместе с дорогой движутся в отрицательном направлении оси X со скоростью, имеющей значение Vз = -|vм| = -20 м/с. Велосипедист по условию задачи движется относительно Земли также в отрицательном направлении оси X (навстречу мотоциклисту) со скоростью, имеющей значение vв = -10 м/с. Значит, относительно выбранной системы отсчета (мотоциклиста) велосипедист будет двигаться со скоростью, значение которой равно Vв = Vз + vв = (-20) + (-10) = -30 м/с. Напомним, что здесь, как и в предыдущем параграфе, мы обозначаем буквами v значения скоростей относительно Земли, а значения скоростей тел в выбранной системе отсчета – большими буквами V.

Шаг 4. Запишет законы движения мотоциклиста и велосипедиста:

xм = 0

xв = xв0 + Vв · t = 600 - 30 · t.

Шаг 5. Представим в виде уравнения условие задачи, т. е. условие встречи мотоциклиста и велосипедиста. Как вы помните, это условие означает равенство координат движущихся навстречу друг другу тел. Поэтому

xв = xм.

Шаг 6. Объединим полученные уравнения, присвоив каждому из них номер и название:

xм = 0 (1) (закон движения мотоциклиста)

xв = 600 - 30 · t, (2) (закон движения велосипедиста)

xв = xм. (3) (условие встречи)

Шаг 7. Решим полученные уравнения, подставив в условие встречи (3) координаты xм и xв из уравнений (1) и (2):

0 = 600 - 30 · t,

tвстр = t = 600/30 = 20 (с).

Таким образом, встреча произойдет через 20 с.

Обратим внимание на существенное отличие данного способа решения от способа, которым мы решали задачу «встреча» раньше. Оно заключается в том, что теперь, когда мы связали систему отсчета с одним из движущихся тел, закон его движения стал очень простым: xм(t) = 0. Это существенно упростило решение уравнений. Особенно важно это будет в дальнейшем, когда тела в задачах будут двигаться намного сложнее.

Упражнения

1. Заметим, что начиная с шага 4 мы могли бы решить рассмотренную только что задачу и графическим способом. Это сделано на рис. 40. Объясните, что изображено на этом рисунке.

График движения велосипедиста

2. Решите задачу, изображенную на рис. 38, в системе отсчета, связанной с велосипедистом. (Особое внимание уделите вопросам: куда направить координатную ось? Куда и с какой скоростью в этой системе отсчета будут двигаться Земля и мотоциклист?)

Answer 2

Для решения задачи изображенной на рисунке 38 в системе отсчета, связанной с велосипедистом, нужно учесть, что координатная ось будет направлена вдоль движения велосипедиста. Это означает, что ось x будет направлена вперед, в сторону движения велосипедиста, а ось y будет направлена вверх, перпендикулярно оси x.

В этой системе отсчета Земля будет двигаться в обратном направлении относительно велосипедиста, так как он движется вперед. Мотоциклист будет двигаться в том же направлении, что и велосипедист, но со скоростью, превышающей скорость велосипедиста.

Для решения задачи необходимо учитывать скорость велосипедиста, скорость мотоциклиста и направление их движения относительно друг друга. Также следует учитывать, что в данной системе отсчета скорость Земли будет отрицательной, так как она движется в противоположном направлении относительно велосипедиста.

Исходя из этих данных, можно рассчитать перемещение и скорость каждого объекта в данной системе отсчета.