Strona głównaPytania → W jaki sposób porusza się...

W jaki sposób porusza się puszczone swobodnie ciało?

Pytanie

Pyta Bartosz

Dlaczego ciało (nazwijmy je A) puszczone swobodnie, znajdujące się w innym ciele (nazwijmy je B) poruszającym się z ustaloną prędkością, będzie miało prędkość jadącego ciała?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Ruch jest pojęciem względnym – jeśli mówimy, że pewne ciało się porusza, to zawsze musimy powiedzieć (lub domyślnie wiedzieć) w jakim układzie odniesienia ten ruch jest obserwowany. W pytaniu znajduje się informacja, że ciało B „porusza się” – zatem należy dopowiedzieć, w jakim układzie odniesienia to ciało się porusza; z kontekstu można domyśleć się, że porusza się ono w układzie odniesienia związanym z Ziemią (drogą, ulica, itp.); przyjmijmy też, że porusza się ono ze stałą prędkością. Jeśli znajdujemy się w tym ciele B i trzymamy jakiś przedmiot (ciało A), to przedmiot ten również porusza się w układzie odniesienia związanym z Ziemią – natomiast jest nieruchomy w układzie odniesienia, który związany jest z ciałem B. Spośród tych dwóch układów odniesienia – związanego z Ziemią, oraz ciałem B – żaden nie jest wyróżniony; zatem ruch ciała A możemy równie dobrze opisywać w układzie odniesienia ciała B. Skoro w tym układzie ciało to spoczywa, to jeśli je puścimy, to będzie działać na nie jedynie siła grawitacji – zatem w układzie B będzie się ono poruszać pionowo. Skoro jednak układ B porusza się względem Ziemi, to względem Ziemi ciało A też się musi poruszać z taką samą prędkością jak ciało B.

W powyższym rozumowaniu ruch ciała A rozpatrujemy w układzie odniesienia związanym z ciałem B. Możemy oczywiście przeprowadzić równoważne rozumowanie, rozpatrując ruch ciała A w układzie związanym z Ziemią. W tym wypadku ustalona prędkość (w kierunku poziomym) ciała A po jego upuszczeniu jest konsekwencją zasady zachowania pędu – jeśli to ciało trzymaliśmy kiedy ciało B poruszało się z ustaloną prędkością, to ciało A też miało tę samą prędkość, a zatem odpowiedni pęd. Jeśli ciało A puszczamy, a w kierunku poziomym nie działają żadne siły, to pęd ciała A jest zachowany – a zatem wciąż musi się ono poruszać z tą samą prędkością w kierunku poziomym.

W powyższych rozumowaniach ukryte jest założenie, że informacja o poruszających się ciałach dociera do obserwatorów (związanych z Ziemią lub ciałem B) natychmiastowo. W rzeczywistości wszystkie informacje związane z ruchem obiektów związane są z propagacją światła, które rozchodzi się ze skończoną prędkością. Zrozumienie roli prędkości światła m.in. w tego typu myślowych doświadczeniach doprowadziło Einsteina do sformułowania szczególnej teorii względności.