Однажды я ехал на машине по многополосной дороге и заметил, что те машины, которые едут рядом, движутся как бы очень медленно. Мне казалось, что я могу пожать руку водителю в соседней машине, хотя мы оба двигались со скоростью 80 км/час.
В другой раз водитель на встречной полосе выкинул что-то в окно и оно с такой силой шарахнуло по моему лобовому стеклу, что чуть не разбило его. При этом было очевидно, что водитель кидал предмет слегка, не напрягаясь, а в меня он ударился с гораздо большей силой.
Я понял, что движение выглядит по-разному с разных точек зрения, оно относительно. Его нельзя увидеть само по себе, оно всегда видится относительно чего-нибудь. Тот предмет (или группа предметов), относительно которого рассматривается движение - называется системой отсчета.
Когда мой брат стоит на обочине дороги, то машина, двигающаяся со скоростью 100 км/час, кажется ему бешенно несущейся. То есть, относительно него скорость машины - 100 км/час. Когда я сам еду под 80, то эта машина кажется мне еле плетущейся. То есть, относительно меня скорость машины оказывается всего 20 км/час.
Однажды я ехал в поезде и стал играть в мячик. Я кидал его об пол, об стенки, ловил. Когда я кидал его на пол вертикально, то он и отскакивал вертикально. Когда я кидал его немного вперед, то он и отскакивал, продолжая лететь вперед. Мячик вел себя как обычно, соблюдая свои обычные законы.
Вдруг я задумался, а как же это выглядит со стороны, относительно кого-нибудь, кто соит на станции? Поезд-то движется со скоростью 100 км/час, а это значит, что эта скорость должна прибавиться к скорости полета мячика!
Я понял, что в равномерно движущемся поезде законы природы те же, что и в неподвижном. Равномерно движущаяся система отсчета называется инерциальной. Неравномерно - неинерциальной.
Если поезд движется равномерно, то мне не надо переучиваться игре с мячом, так как всё будет так же, как и на неподвижной земле. А вот если поезд ускоряется или раскачивается, то мячик будет вести себя причудливо и мне понадобятся новые навыки.
Я сделал поезд со стеклянными стенками и попросил своего брата посмотреть, что он видит, стоя на станции. Я просто подкинул мячик вертикально вверх и поймал его. Мой брат сказал, что он видел, как я, с огромной скоростью, запустил мячик почти горизонтально. При этом я сам также несся с огромной скоростью, оставаясь неподалеку от мячика так, что сумел его поймать.
Я спросил брата, двигался ли мячик естественно? Он сказал, что да, что мячик летел по длинной дуге, как будто я его и вправду запустил с большой силой почти горизонтально.
Мы с братом позвали друга и прилетели на другую планету. Там не было воздуха, а сила притяжения была такой же, как на Земле.
Мы устроили железную дорогу, по которой пустили открытый вагон-платформу, а рядом с дорогой установили перрон. На вагон забрался я, а на перрон - мой брат. В начале пути поместили нашего друга.
Мы разогнали платформу до скорости в 100 км/час и я слегка подбросил мячик кверху и поймал его. За это время я успел проехать большое расстояние. В том месте дороги, в котором вагон находился, когда я только-только подбросил мячик, стоял наш друг и с огромной силой швырнул мяч почти горизонтально.
Брат сказал, что он видел, как и я и друг с огромной силой запустили мячик вдоль рельсов, но, благодаря движению вагона, я ехал все время под мячиком, и в конце поймал его. А друг остался в начале пути и потому его мячик просто упал на землю. Однако, мячики летели по одинаковым траекториям.
И тут я сам вспомнил странную вещь: когда я подбрасывал свой мячик, то рядом с ним слегка подлетал вверх и мячик нашего друга. Только я смог поймать свой, а мой друг нет, так как остался позади.
Я понял следующее. Движение может быть разным по двум причинам: (1) это одно движение, которое наблюдают из разных инерциальных систем отсчета и (2) это два движения с разными начальными условиями. Однако, все эти различия вписываются в одни и те же законы.
| мячик слегка подбрасывают вверх | мячик с силой кидают почти горизонтально | |
| неподвижная система отсчета | А) мячик слегка подлетает вверх и падает там, где взлетел | Б) мячик летит по длинной пологой дуге с небольшим подъемом, и с большой скоростью |
| движущаяся система отсчета | Б) мячик летит по длинной пологой дуге с небольшим подъемом, и с большой скоростью | А) мячик слегка подлетает вверх и падает там, где взлетел |
Постоянство скорости света
