Kiiruse relatiivsus
Olgu meil mänguauto, mis liigub tasasel põrandal ühtlase kiirusega 1 m/s. Kui autoga mängija asub rongis, mis sõidab kiirusega 10 m/s, siis küsimusele „kui kiiresti auto liigub?” peame vastama küsimusega: „Mille suhtes?” Mängija suhtes liigub auto ikka kiirusega 1 m/s, raudtee ääres seisja suhtes aga kiirusega 10 m/s + 1 m/s = 11 m/s (kui auto liigub rongi esiotsa poole) või kiirusega 10 m/s – 1 m/s = 9 m/s (kui auto liigub rongi saba poole) või hoopiski mõne vahepealse kiirusega (kui autoke liigub mõnes muus suunas, näiteks rongi akna poole). Paadisõitja võib jõevoolus olla veendunud, et ta sõuab terve päeva jooksul jääva kiirusega, ka siis, kui ta mõõdab oma kiirust vees ujuvaid juhuslikke esemeid jälgides, ometi läbib ta sama distantsi allavoolu liikudes kiiremini kui vastuvoolu.
Kiirus on suhteline suurus.
Näeme, et kiirus on suhteline ehk relatiivne füüsikaline suurus. Sama kehtib ka kiiruse kui vektori suuna, aga ka paigalseisu kohta. Kodus laua taga istudes nagu tunnetaksime oma paigalseisu, kuid mõelgem sellele, et nii Maa kui ka Päikesesüsteem on ju Universumis pidevas liikumises. Kui tahame ikka päriselt paigal seista, peame kõigi nende kiiruste resultandile vastassuunas kohalt sööstma, kuid pole mingit võimalust kindlaks teha, et ei leidu veel mingit üldisemat (nt Galaktika või galaktikate süsteemi) liikumist, mis on jäänud arvestamata. Ja milleks neid kõiki otsidagi, kui ükski paigalseis pole teisest parem? Füüsikaseadused on kõigi jõuvabalt liikuvate vaatlejate jaoks ühesugused ja keegi neist ei saa oma erilisust teiste ees tõestada. See on relatiivsusprintsiip mehaanikas.
Taustsüsteemide samaväärsus
Erinevad tegelikud või kujuteldavad vaatlejad moodustavad erinevaid taustsüsteeme kehade liikumise kirjeldamiseks. Pöörame tähelepanu sellistele taustsüsteemidele, mis on seotud kiirenduseta, s.o välise jõuta ehk teiste suhtes ühtlaselt sirgjooneliselt liikuvate vaatlejatega. Selliseid süsteeme nimetatakse inertsiaalsüsteemideks. Inertsiaalsüsteemis paigalseisvale kehale mõjuvate jõudude summa on null ning selliste kehadega fikseeritud koordinaatteljed ei muuda suunda. Kuna Maa pinna punktide liikumine maailmaruumis kõverdub väga vähe ja aeglaselt, siis võime praktiliste probleemide jaoks seostada ka Maaga inertsiaalsüsteemi, s.o süsteemi, milles Maa ja temal seisvad vaatlejad ei liigu.
Milline on inertsiaalsüsteemis paigalseisvale kehale mõjuvate jõudude summa?
Millised järgmistest taustsüsteemidest on inertsiaalsed?
- Vabalt langeva kehaga seotud taustsüsteem.
- Pesumasina pöörleva trumliga seotud taustsüsteem.
- Pesumasina endaga seotud taustsüsteem.
- Ühtlaselt sirgjooneliselt lendava lennukiga seotud taustsüsteem.
- Startiva lennukiga seotud taustsüsteem.
Mõnikord eelistame mõnd taustsüsteemi
Tavaliselt tundub mõni taustsüsteem olevat antud liikumise kirjeldamiseks õigem kui teised. Näiteks võime eelistada süsteemi, mis on seotud liikumise tekitamisega. Meie näites mänguautoga võiksime eelistaustsüsteemiks lugeda vaguniga seotud süsteemi, sest selles andis üleskeeratav mehhanism autole iseloomuliku kiiruse 1 m/s. Püssi iseloomustab kuuli väljumise kiirus püssitorust, mis ei muutu ka siis, kui tulistada näiteks lennukist, kuigi kuul liigub siis Maa suhtes teistsuguse kiirusega.
Üks kindel eelissüsteem esineb lainete levimisel keskkonnas. See on süsteem, milles keskkond seisab paigal ehk n-ö keskkonnaga seotud süsteem. Lainete kiirus on selles süsteemis kindel, keskkonda iseloomustav suurus. Süsteemis, milles see keskkond liigub, liitub keskkonna liikumise kiirus lainete „loomulikule” kiirusele. Nii liigub näiteks hääl allatuult kiiremini kui vastutuult.
Hoolimata sellest, et mõni taustsüsteem võib olla praktilisem, on mehaanikas kõik inertsiaalsüsteemid samaväärsed, sest füüsikaseadused (näiteks Newtoni seadused ja jäävuseseadused) on neis kõigis ühesugused.
Mehaanikas on kõik taustsüsteemid samaväärsed.
- Palvelun tarjoaa Star Cloud OÜ