Сравнительный анализ методик преобразований Галилея в курсе общей физики и в курсе элементарной физики
Введение этого понятия в физике необходимо, т.к. с помощью преобразований Галилея мы можем рассматривать одно и то же событие в разных системах отсчета.
Если сравнивать программы изучения преобразований Галилея в курсе общей физики и в элементарной школе, то можем сделать вывод о том, что некоторые понятия впервые упоминаются лишь в курсе общей физики, в связи со сложностью их восприятия.
Для более точного сравнения методик, воспользуемся учебником по курсу общей физики И.В. Савельева и школьным учебником по физики за 9 класс Кикоина И.К. и Кикоина А.К.
В школьном учебнике эта тема изучается в §8 «Относительность движения». Само понятие «преобразования Галилея» в этом параграфе не вводится, но зная о том, что преобразования Галилея связаны с рассмотрением одного и того же события в двух инерциальных системах отсчета, то можем отнести это понятие к относительности движения. В общей физике мы впервые встречаемся с преобразованиями Галилея в седьмой главе «Элементы специальной теории относительности» в §44 «Принцип относительности Галилея».
Для начала рассмотрим объяснение преобразований Галилея в учебнике для элементарной школы.
В начале параграфа вводится понятие тела отсчета. За тело отсчета можно выбрать любое тело. Тогда положение одного и того же тела можно рассматривать относительно разных систем отсчета. Чтобы в этом убедиться, приводится пример. Положение автомобиля на дороге (рис.4) можно задать, указав, что он находится на расстоянии 
к северу от населенного пункта 1. рис. 4
Но можно сказать, что автомобиль расположен на расстоянии 
к востоку от населенного пункта 2. Это и значит, что положение тела относительно: оно различно относительно разных систем координат.
Также относительным может быть не только положение тела, но и его движение. Чтобы в этом убедиться, рассматриваются примеры относительности движения. Одним из них является такой пример. Каждому, наверное, приходилось наблюдать, как иногда трудно, находясь в вагоне поезда и глядя в окно на проходящий мимо по соседнему пути поезд, выяснить, какой из поездов движется, а какой покоится. Строго говоря, если видеть только соседний вагон и не видеть земли, строений, облаков и т.д., то узнать, какой из поездов движется прямолинейно и равномерно, а какой покоится, невозможно. Если пассажир одного из поездов утверждает, что движется «его» поезд, то пассажир другого поезда с таким же правом может сказать, что движется «его» поезд, а соседний неподвижен. Правы оба пассажира – движение и покой относительны.
Выяснив понятия тела отсчета, относительности тела отсчета и движения в параграфе вводится пункт об одном и том же движении с разных точек зрения. В нем рассматривается движение одного и того же тела относительно двух разных систем отсчета, движущихся одна относительно другой прямолинейно и равномерно. Одну из них условно считают неподвижной. Другая движется относительно нее прямолинейно и равномерно. Приводится простой пример. Лодка пересекает реку перпендикулярно течению, двигаясь с некоторой скоростью относительно воды. Вода в реке движется относительно берега со скоростью течения реки.
За движением лодки следят два наблюдателя: один неподвижный, расположился на берегу в точке 
(рис.5), другой – на плоту, плывущем по течению (со скоростью течения реки). Оба наблюдателя 
измеряют перемещение лодки и время, затраченное на него. Относительно воды плот неподвижен, а по отношению к берегу он движется со скоростью течения реки.
Мысленно проводится через точку систему координат 
. Ось 
направляется вдоль берега, ось 
- перпендикулярно течению реки. Это неподвижная система рис. 5
отсчета. Другую систему координат 
связывают с плотом. Оси 
и 
параллельны осям и . Это – подвижная система координат.
Как движется лодка относительно этих двух систем?
Наблюдатель на плоту, двигаясь вместе со «своей» системой координат по течению, видит, что лодка удаляется от него к противоположному берегу все время перпендикулярно течению. Он видит это и в точке А, и в точке В, и в любой другой точке. А когда через некоторое время плот окажется в точке С, лодка достигнет противоположного берега в точке С’. Относительно подвижной системы координат (плота) лодка совершила перемещение 
. Разделив его на 
, подвижный наблюдатель получит скорость лодки 
относительно плота:
.
Совсем другим представится движение лодки неподвижному наблюдателю на берегу. Относительно «его» системы координат лодка за то же время совершила перемещение 
. За это же время подвижная система отсчета вместе с плотом совершила перемещение 
(лодку, как говорят, «отнесло» вниз по течению). Схематически перемещения лодки показаны на рисунке. [3]
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7