Wstęp - ruch względny

Szum silników - samolot pędzi po pasie startowym i wzbija się w powietrze. Pasażerowie odczuwają charakterystyczne "wciskanie w fotel". Po kilkunastu minutach kapitan informuje, że samolot osiągnął prędkość przelotową, która wynosi 900 km/godz. Znika wciskanie w fotel i można spacerować wewnątrz samolotu. Pozostaje świadomość zupełnie innej niż spacerowa - prędkości względem pozostawionego w dole lotniska, mijanych miejscowości, lotniska docelowego, a także słońca i gwiazd. Uświadamiamy sobie czym jest względność ruchu.

Fot. 7.1 Widok z okna samolotu w kilkanaście sekund po starcie.

Przykładów względności ruchu jest wiele wokół nas. Codziennie przemieszczamy się w pociągach, tramwajach lub autobusach będących równocześnie w ruchu względem Ziemi. Względność ruchu uświadamiamy sobie siedząc w pociągu i spoglądając przez okno na przesuwający się ruchomy pejzaż nieruchomych względem ziemi zabudowań lub obserwując jadący z dużą prędkością po autostradzie samochód, który bardzo powoli wyprzedza pociąg lub pozostaje w tyle.

Są też i inne przejawy ruchów względnych. Niektóre z nich odczuwamy czasem bardzo boleśnie. Kiedy autobus nagle hamuje lub zakręca jakaś siła pcha nas do przodu lub w bok choć (jeśli nie ma tłoku) nikt nas nie popycha ani nie ciągnie. 

Co jest przyczyną tej siły? Kiedy się pojawia? Jaki jest i od czego zależy jej kierunek? Czy nie można jej jakoś zmniejszyć lub wyeliminować? A może czasem ta siła jest pożyteczna?

Pytań pojawia się wiele. W tym wykładzie postaramy się na nie odpowiedzieć. Pokażemy, że wielorakie przejawy względności ruchu wynikają po prostu z definicji podstawowych wielkości określających ruch: położenia, prędkości i przyspieszenia oraz związku tych wielkości z siłami działającymi na ciało będące w ruchu.

Wykład jest pojęciowo trudny. Szczególnej uwagi wymaga zrozumienie różnicy pomiędzy wzajemną prędkością i przyspieszeniem wynikającym z ruchu postępowego i obrotowego. Dla bardziej dokładnego opisu przejścia pomiędzy dwoma układami dołączone jest objaśnienie dotyczące związku pomiędzy pochodnymi wektora w układzie nieruchomym i w układzie poruszającym się.