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主要内容
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视频字幕

我们要在这个视频里做的 是讲解参考系的概念 这是一个介绍性质的视频 在将来,我们会往更深层研究 但是参考系是一个真的是一个非常重要的想法 它是一个我们观测万物的视角 并且我们了解到 很多我们在物理中要研究的量,比如速度和位移 这些量的研究会因我们视角的不同而异 取决于我们在观测时选择的参考系 为了更直观地把握这个概念 我将画三个完全相同的情景 这是三个情境中选择的参考系不同 这是第一个 这是第二个 这是第三个 然后在第一个情境中 我们要探讨的是把地面作为参考系 所以假如你是一个在地面上且相对地面静止的观测者 你可以假想地面上的这个小人 你是观测者 我们就先讨论你在观测速度的情况 从你的视角来看 此刻你相对地面静止 那么地面的速度对于你来说是什么样的呢? 你和地面都是静止的 都不在运动 现在,如果你拿出你的工具 用于测量速度或者物体在一段时间发生改变的工具 你看到在一段确定的时间内位移的改变 例如对于一架飞机或一辆汽车 然后你可以说,“好吧,看 这架飞机的速度方向向右 速度大小是250 m/s 速度大小是250 m/s 然后我们假设这辆车 假设它运动的速度在汽车衡量标准上已经很快了 它在向左以大小为50 m/s的速度运动 所以这段线应该是刚才那段线长度的五分之一 让我再画一点 让我们说它在向左运动 速度大小是50 m/s 好吧,这些看起来都不疯狂 你或许可以出去走到高速路旁去看 哦,50 m/s应该算很快了 无论如何,你可以看到这样的情景发生 并且看样子完全合理 但是,如果我们换一个参考系、 换一个我们观测物体的视角会怎样? 现在就让我们把汽车当做参考系 好吧,在这个参考系里 我们就假设你坐在汽车里 但是我们并不推荐你在开车的时候这么做 就假设别人在开车 或者这辆车是某种自动行驶的车 然后你拿出用于物理测量的工具 通过使用停表,你可以得知 地面或者飞机的位移,我们就假设是一秒钟内的位移 然后,你能够从你的视角先说 “这个汽车是静止的” “这个车的速度为零” 这个车是静止的 然后从你的视角 你其实可以把地面看作是运动的 你会看到,在你的右边,树木在往后倒退 或者,如果你在向左运动,树木会在你的后面 因此,从你的视角来看 地面其实可以看做在运动 在这个方向上 速度的大小是50 m/s 它可以看做好像在向你的后方移动 或者在这种情况,从我们的角度看来 它向右以50 m/s的速度移动 那么现在,飞机的移动情况是怎么样的呢? 其实,飞机不仅仅像是 以250 m/s的速度向右移动 不仅是以250 m/s的速度向右移动 而相对你来说,它运动得甚至更加快速 因为你正在与飞机相向相遇 你在从静止变为向左运动 从地面的角度来看是50 m/s 所以,飞机对于你来说 实际上是以(250+50)m/s的速度在运动 所以,矢量是像这样的 并且,它看上去是向右以300 m/s的速度运动 让我用橙色标注 300 m/s 现在,如果在飞机的视角上观测呢? 如果我们以飞机为参考系观测结果是怎样的? 我建议你暂停视频 然后先自己思考 飞机、汽车、地面的运动速度将是怎么样的 从飞机的视角来看, 好吧,我们现在一起完成这个问题的探索 所以现在,假设我们坐在飞机里 然后,同上次一样,开飞机的当然不是我们 我们让别人去驾驶飞机 我们拿出物理测量工具 然后试着去测速度 测除了参考系以外其他物体的速度 好吧,首先,飞机 会是相对静止的 虽然这看上去好像与我们的直觉不一致 但是,假如你坐在一架飞机里 尤其是没有颠簸的飞机 这架飞机已经飞到一定高度 并且它并不在起飞或者着陆 通常情况下,如果你闭上双眼 你不会知道你是否在运动 实际上,如果你关上所有窗户 你好像就是在一个静止的空间里 就像在房子里一样 所以,从飞机的视角看来,你会觉得 或者说,从你的视角去看飞机 你会认为飞机是静止的 此时,地面反而 看上去是在迅速运动的 地面好像在向你的后方移动 速度是250 m/s 啊哦,我试着画一条直线 在200...... 在250. 有的时候我的工具会有点搞笑 所以,是以250 m/s的速度向左运动 然后,这辆汽车,其实是在以更快的速度向左运动 它将向左运动 比地面快50 m/s 所以,汽车将会看起来不仅是 以50 m/s的速度行驶 车会看起来是50 m/s 加上另外的250 m/s的速度 总的加起来,是以300 m/s的速度向左行驶 所以,这给了你一个大概的评估概念 对于到底什么是参考系 你可以从这个介绍视频里面看到 它就像一个视角 一个让你用来观测计算的视角 现在,很多人会说 “既然这样,那么一定有一个正确的参考系。” 并且,很多时候在我们的日常生活中 你可能会说:“哦这个,或许这个参考系是正确的 其他的参考系, 只是想象出来的,它们只是一个错误。” 我们之所以这样认为是因为 我们选择的参考系 是这个巨大的叫“地球”的物体 但是,事实上 没有任何一个参考系 比其他参考系更有效 因为他们都是等价的 他们都是有效的参考系 不,我不应该说它们是等价的 因为很显然,我们从不同参考系的选择中得到不同的观测结果 但是,它们在物理学的角度来讲 都是等价有效的参考系