Warto przeczytać

Rys. 1. przedstawia ten sam samochód w dwóch różnych chwilach.

R1QvTJoFVKqU7

Rys. 1. Ilustracja podzielona jest na dwie części, prawą oraz lewą. Obie części przedstawiają kwadraty o czarnych krawędziach i białym wypełnieniu, wewnątrz których znajduje się rysunek samochodu wykonany czarną kreską. Przód samochodu, skierowany jest w prawo. Na rysunku po lewej, samochód znajduje się w lewym dolnym rogu kwadratu. Na rysunku po prawej, samochód widoczny jest również w lewym dolnym rogu kwadratu.

Czy ten samochód porusza się, czy nie?

Trudno to stwierdzić, bo nie mamy żadnego punktu odniesienia – nie widzimy otoczenia samochodu.

R1EttgfzbMjcT

Rys. 2. Ilustracja podzielona jest na dwie części, prawą oraz lewą. Obie części przedstawiają kwadraty o czarnych krawędziach i białym wypełnieniu, wewnątrz których znajduje się rysunek samochodu oraz drzewa wykonany czarną kreską. Przód samochodu, skierowany jest w prawo. Na rysunku po lewej, samochód znajduje się w lewym dolnym rogu kwadratu, a drzewo w prawym dolnym rogu kwadratu. Na rysunku po prawej samochód znajduje się w prawym dolnym rogu kwadratu, a drzewo widoczne jest w lewym dolnym rogu kwadratu.

A teraz, gdy widzimy Rys. 2.? Czy teraz możemy stwierdzić, czy samochód się porusza?

Teraz na rysunku widzimy trochę więcej – na pierwszym rysunku drzewo znajduje się z prawej strony samochodu, na drugim – z lewej. Wygląda więc na to, że samochód jedzie w prawo.

A co by było, gdyby zamiast drzewa był rower? Czy nadal moglibyśmy twierdzić, że samochód jedzie w prawo? Czy raczej, że to rower jedzie w lewo?

I czy rzeczywiście jesteśmy pewni, że drzewo jest nieruchome? A może ono znajduje się w jakiejś niewidocznej na rysunku donicy, która się porusza w lewo?

No dobrze, to skąd w takim razie możemy wiedzieć, czy dany obiekt porusza się, czy też nie?...

Aby określić, czy dane ciało jest w ruchu, czy też spoczywa musimy sprawdzić, czy jego położeniePołożeniepołożenie zmienia się w czasie. Ale żeby móc określić położenie ciała musimy wybrać inny obiekt, względem którego będziemy to robić. Nie możemy opisać położenia, jeśli nie mamy żadnego punktu odniesienia.

Wracając do początkowego pytania – który obiekt na rysunku tak naprawdę się porusza? Odpowiedź na nie brzmi – wszystko zależy od tego, co jest naszym układem odniesienia.

Jeśli układem odniesienia jest ulica, wtedy – o ile oczywiście drzewo jest normalnym drzewem rosnącym przy drodze – samochód porusza się w prawo, a drzewo spoczywa.

Jeśli układem odniesienia jest samochód, wtedy ruch każdego obiektu opisujemy względem samochodu – przyjmując, że to on jest nieruchomy. W takim układzie odniesienia drzewo porusza się w lewo. Choć w pierwszej chwili może to brzmieć absurdalnie, to jednak z punktu widzenia samochodu drzewo się od niego oddala.

Ruch tego samego ciała w różnych układach odniesienia może więc wyglądać zupełnie inaczej – w niektórych ciało będzie spoczywać, w innych poruszać się z różnymi prędkościami. Czy nie byłoby zatem wygodniej za każdym razem za układ odniesienia przyjmować ciało, które jest nieruchome?

Może i byłoby. Jest tylko jeden problem – aby stwierdzić, czy dane ciało porusza się, czy nie, musimy najpierw wybrać układ odniesienia. Nie ma ciał, które są „bezwzględnie nieruchome” - one mogą być nieruchome tylko w pewnych układach odniesienia.

Zatem: uniwersalny układ odniesienia po prostu nie istnieje.

Warto w tym kontekście uświadomić sobie, że czytając ten materiał nie spoczywamy w fotelu czy na krześle, ale pędzimy z ogromną prędkością. Z jaką? Już wiemy, że to zależy od układu odniesienia, wszak powierzchnia Ziemi porusza się z prędkością osiągającą ok. 300 m/s na równiku (wskutek ruchu dobowego), obiega Słońce z prędkością 30 km/s, a wraz ze Słońcem, innymi planetami i Twoim fotelem pędzi przez Galaktykę pokonując w każdej sekundzie ok. 250 km.

RLD1tKW9ebol5

Rys. 3. Na zdjęciu widoczna jest pędząca kolejka górska oraz siedzący w niej pasażerowie. Kolejka składa się z kolorowych – pomarańczowych, żółtych, zielonych i niebieskich wagoników. W wagonikach siedzą uśmiechnięci i krzyczący pasażerowie. Trzymają się kurczowo uchwytów i odchylają się do tyłu. Odchylenie w tył sugeruje przyspieszony ruch kolejki. Należy zauważyć, że przyspieszony ruch kolejki widoczny jest tylko dla obserwatora, który nie jest jej pasażerem. Dla osoby siedzącej w wagoniku, każdy pasażer jest nieruchomy.

Pamiętajmy też, jak istotną rolę odegrało pojęcie układu odniesienia w historii nauki. To dzięki rewolucji w sposobie myślenia o tym układzie Kopernik opisał ruch planet, a bez tego pojęcia Einstein nie sformułowałby swojej teorii względności.

Słowniczek