Қозғалыстың салыстырмалылығы: Ғылыми түсіндірме

Қозғалыс – бұл кез келген объектінің кеңістікте уақыт бойынша орын ауыстыруы. Алайда қозғалыс біз ойлағандай біржақты емес. Оның сипаттамасы бақылаушының қандай тұрғыдан қарап тұрғанына байланысты өзгереді. Физикада қозғалыстың салыстырмалылығы – бір дененің екінші денеге қатысты орын ауыстыруын сипаттайтын негізгі ұғым. Бұл құбылысты толық түсіну үшін бірнеше маңызды аспектілерді қарастырайық.
Қозғалыс салыстырмалы ма?
Қозғалыстың салыстырмалылығы күнделікті өмірде жиі байқалады. Мысалы, пойызда отырған жолаушы үшін пойыздың ішіндегі орындықтар қозғалмайды, бірақ платформада тұрған бақылаушы үшін пойыз бен оның ішіндегі барлық заттар қозғалып келеді. Бұл құбылыс қозғалыстың бақылаушыға тәуелді екенін көрсетеді.
Негізгі тұжырымдамалар
Қозғалыстың салыстырмалылығын түсіну үшін келесі негізгі ұғымдарға назар аудару қажет:
- Санақ жүйесі – қозғалысты өлшеу үшін пайдаланылатын координаталар жүйесі. Әрбір бақылаушы өзіне сәйкес санақ жүйесін пайдаланады.
- Абсолют қозғалыс – теориялық тұрғыдан алғанда, барлық санақ жүйелеріне бірдей қатысты қозғалыс (бірақ мұндай ұғым физикада нақты қолданылмайды).
- Салыстырмалы қозғалыс – объектінің бір санақ жүйесіне қатысты орын ауыстыруы.
- Жылдамдықтарды қосу принципі – бір объектінің жылдамдығы әртүрлі санақ жүйелерінде түрліше көрінуі мүмкін.
Галилейдің салыстырмалылық принципі
Классикалық механикада қозғалыстың салыстырмалылығын Галилей түсіндірген. Оның айтуынша, егер бір дене инерциялық санақ жүйесінде бірқалыпты түзу сызықты қозғалыста болса, онда ол басқа инерциялық санақ жүйесіне қатысты да осындай қозғалыста болады. Бұл принцип төмен жылдамдықтарда жақсы жұмыс істейді, бірақ жарық жылдамдығына жақындаған кезде арнайы салыстырмалылық теориясын қолдану қажет.
Арнайы салыстырмалылық теориясы
Альберт Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясы Галилейдің тұжырымдамасын кеңейтіп, жарық жылдамдығына жақын жағдайларда қозғалысты сипаттайды. Бұл теорияның негізгі постулаттары:
- Барлық физикалық заңдар инерциялық санақ жүйелерінде бірдей орындалады.
- Вакуумдегі жарық жылдамдығы барлық бақылаушылар үшін бірдей және өзгермейді.
Бұл принциптерден мынадай маңызды салдарлар шығады:
- Уақыттың салыстырмалылығы – әртүрлі бақылаушылар үшін уақыт жылдамдығы әртүрлі болуы мүмкін.
- Ұзындықтың қысқаруы – өте жоғары жылдамдықта қозғалатын денелердің ұзындығы қысқарады.
- Бір мезгілділіктің салыстырмалылығы – екі оқиғаның бір уақытта орын алуы барлық бақылаушылар үшін бірдей болмауы мүмкін.
Күнделікті өмірдегі салыстырмалылық мысалдары
Физиканың бұл қағидалары тек теориялық емес, күнделікті өмірде де байқалады. Мысалы:
- Ұшақтағы қозғалыс – егер ұшақта отырған адам өз денесінің қозғалмайтынын сезсе де, сырттан қараған адам оны жоғары жылдамдықпен қозғалып келеді деп қабылдайды.
- Автобустың ішінде жүру – автобус ішінде жүрген жолаушыға қатысты автобус іші – тұрақты, ал сыртқы әлем қозғалыста болып көрінеді.
- GPS спутниктері – олардың дәлдігін қамтамасыз ету үшін салыстырмалылық теориясы қолданылады, себебі жердегі және ғарыштағы уақыт ағыны аздап өзгеше жүреді.
Қозғалысты салыстырмалы түрде қалай өлшеуге болады?
Қозғалыстың салыстырмалылығын өлшеу үшін бірнеше әдістер қолданылады:
- Қозғалыс теңдеулері – дененің бастапқы және соңғы орындарын анықтау арқылы оның жылдамдығын есептеу.
- Жылдамдықтарды қосу ережесі – бір объектінің әртүрлі санақ жүйелеріне қатысты жылдамдығын табу.
- Салыстырмалылық теңдеулері – Эйнштейннің теңдеулері арқылы жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтарда қозғалысты сипаттау.