Úvod do vztažných soustav

V tomto videu bych rád mluvil o myšlence vztažné soustavy. Toto je jen úvod. V dalších videích půjdeme mnohem více do hloubky. Vztažná soustava je prostě myšlenka, je to úhel pohledu, vzhledem ke kterému něco měříš. Jak brzy uvidíme, mnoho veličin, které ve fyzice můžeme měřit, jako je rychlost nebo posunutí, může vyjít odlišně podle toho, odkud se na ně díváme. Mohou záviset na vztažné soustavě, ve které měříme. Abychom to nějak intuitivně pochopili, nakreslím jednu a tu samou situaci z hlediska tří různých vztažných soustav. Tady je první, tato je druhá, a tato třetí. V této první vztažné soustavě, v první situaci, budeme mluvit o vztažné soustavě spojené se zemí. Pokud jsi pozorovatel stojící v klidu na zemi… Představ si, že toto jsi ty a provádíš nějaké měření. Řekněme, že chceš měřit rychlosti. Z tvého pohledu, vůči zemi se nepohybuješ, jaká se ti zdá rychlost země? Ty a země se zdáte být vzhledem k sobě v klidu. Zdá se, že se nepohybuješ. Co teď, vezmeš-li své přístroje na měření rychlosti… Pozoruješ změnu, pozoruješ, jak se posunulo auto a letadlo za určitý čas. Můžeš říct: „Ok, toto letadlo se pohybuje doprava rychlostí 250 metrů za sekundu.“ 250 metrů za sekundu. Řekněme, že toto auto, které je na auto dost rychlé, se pohybuje doleva rychlostí 50 metrů za sekundu. Toto by měla být pětina této délky. Dokreslím to. Řekněme, že toto se pohybuje doleva rychlostí 50 metrů za sekundu. Nic z toho nezní bláznivě. Mohl bys jít ven k dálnici a vidět… No, 50 metrů za sekundu by bylo hodně rychlé, každopádně bys mohl pozorovat něco takového a bylo by to úplně normální. Co kdybychom změnili naši vztažnou soustavu? Změnili pohled, odkud věci měříme. Uvažujme tedy vztažnou soustavu spojenou s autem. V této vztažné soustavě, řekněme, že sedíš v autě… Nedoporučuji to zkoušet při řízení. Řekněme tedy, že řídí někdo jiný, nebo je to nějaké samořídící auto, vezmeš si své měřící nástroje se stopkami a vidíš, jaké je posunutí země a letadla během, řekněme, jedné sekundy. Nejprve můžeš říct, že se z tvého pohledu auto nehýbe. Auto má rychlost nula. Auto je stacionární, nehybné. Z tvého pohledu bys mohl měřit, jak se pohybuje země. Viděl bys stromy ujíždět doprava, nebo za tebe, když jedeš doleva. Z tvého úhlu pohledu by se zdálo, že se země pohybuje tímto směrem, rychlostí 50 metrů za sekundu. Vypadalo by to, jako by se pohybovala směrem za tebe. V tomto případě, jak se na to díváme, doprava rychlostí 50 metrů za sekundu. Jak by vypadalo letadlo? Letadlo, nejen že by se pohybovalo doprava rychlostí 250 metrů za sekundu, bylo by to nejen těch 250 metrů za sekundu, ale vůči tobě by to bylo ještě rychlejší, protože projíždíš kolem něj… Pohybuješ se doleva od nepohybující se země, z pohledu země rychlostí 50 metrů za sekundu. Bude se ti zdát, že letadlo letí doprava rychlostí 250 plus 50 metrů za sekundu. Vektor by vypadal takto. Zdálo by se, že směřuje doprava s velikostí 300… Napíšu to oranžovou barvou… Rychlostí 300 metrů za sekundu. No a teď co pohled letadla? Kdybychom uvažovali vztažnou soustavu spojenou s letadlem? Zkus pozastavit video a zamyslet se nad tím, jaké budou rychlosti letadla, auta a země z pohledu vztažné soustavy letadla. Dobrá, pojďme to vyřešit společně. Teď tedy sedíme v letadle… Toto bychom neměli dělat jako pilot. Ať pilotuje někdo jiný. Máme naše měřící nástroje a snažíme se změřit rychlosti dalších věcí z pohledu naší vztažné soustavy. Ze všeho nejdříve, letadlo se bude zdát nehybné. To se může zdát být nesmyslné, ale pokud jste někdy seděli v letadle, zejména když nejsou turbulence a letadlo je ve vzduchu, nevzlétá ani nepřistává, pak často, když zavřeš oči, vůbec netušíš, zda se pohybuješ. Vlastně pokud zatáhneš všechna okýnka, je to jako bys stál na místě, jako bys seděl v domě. Z pohledu letadla se ti tedy zdá, že letadlo stojí na místě. Na druhou stranu, země vypadá, že se pohybuje celkem rychle. Vypadá, že se pod tebou pohybuje rychlostí 250 metrů za sekundu. Hups, zkusím nakreslit rovnou čáru. Rychlostí 250. Mé nástroje se někdy chovají zvláštně. Rychlostí 250 metrů za sekundu doleva. Auto se pohybuje doleva ještě rychleji. Pohybuje se doleva o 50 metrů za sekundu rychleji než země. Nebude ti připadat, že auto jede rychlostí 50 metrů za sekundu, bude se zdát, že jede rychlostí 50 metrů plus dalších 250 metrů za sekundu. Celkem tedy 300 metrů za sekundu doleva. Teď už asi tušíš, co jsou vztažné soustavy. Podle tohoto videa je můžeš vnímat jako různé úhly pohledu, ze kterých provádíš měření. Hodně lidí může mít tendenci říct, že musí existovat nějaká pravá vztažná soustava. Často si v běžném životě můžete říct, že toto je ta pravá vztažná soustava, a tyto ostatní si jen vymýšlíme, nebo jsou nějaký omyl. Důvod, proč toto děláme, je, že uvažujeme vztažnou soustavu spojenou se Zemí. Ve skutečnosti se však ukazuje, že žádná z těchto vztažných soustav není o nic vhodnější, než jsou ty ostatní. Že jsou všechny shodné, že jsou to všechno platné vztažné soustavy. Neměl bych říkat, že jsou shodné, zcela zřejmě z nich získáváme jiné hodnoty měření. Z fyzikálního pohledu jsou všechny stejně platnými vztažnými soustavami.