作者metalamos (Lee Chandler)
看板Physics
標題[閒聊] 車廂拋球
時間Sun Oct 22 19:20:29 2017
在等速移動中的車廂中向上拋球,球仍然回回到拋球者手中
在加速度和運動方向相同的車廂做同樣的事情,球會落在拋球者的後方;反之
在和朋友說明狹義相對論的概念之後
她想到曾在考試時回答過這問題
問我為何球必定會落回拋球者的手中
她認為不論在加速、等速前進或者煞車中的車廂中丟球,球始終都會落回手中
我記得我在n年前的北捷做過這個實驗
並沒有在三個狀態下都落回手中呀
是把下意識的反射動作視為理所當然才會認為球無論如何都會掉回手上嗎?
我試著用解釋並且說服她
人類無法分辨等速前進和靜止的差別
因此在等速移動的車廂拋球和站在地面拋球是一樣的概念
在兩個情境下,球運動的軌跡也是相同的
球自然而然會落回手中
在有加速度的車廂中
球的運動軌跡和在等速前進的車廂(站在地面上)是相同的
所以球才會落在拋球者的前方或後方
她無法接受在等速前進的車廂拋球和在地面是等價的這個概念
她的想法是:我理智上知道我正在前進,如果球沒有跟著我前進,我怎麼會接到球?
所以我會接到球的原因是慣性,球的運動軌跡並不是直上直下而是拋物線
我反駁她
Newton 1_st law說的是:
不受外力作用的物體,靜者恆靜;動者恆動
1_st law在描述慣性
在車廂拋球,球只會受到人給球向上的力和地心引力
並沒有一個向前的力讓球跟著妳一起前進
所以不能用慣性解釋球會往前飛落到妳手裡
球並不會平白無故往前飛
若靜止在月台上的人若可以目睹這一切
月台上的人看見球的運動軌跡的確是有一個夾角的拋物線
類似下圖的概念
https://imgur.com/a/t9KGU
我認為我朋友的問題描述是不太恰當的
用靜止座標系看到的現象解釋移動座標系的結果
這就好像在醉漢找鑰匙的故事
不應該把兩個不同慣性座標系下看到的結果混為一談
我的朋友無法接受球的運動軌跡無論如何都是一樣的
也無法接受這個現象不是慣性能解釋的
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我分析了一下我朋友的想法
她認為球應該要跟著她一起前進,不論在何種狀態下
這樣的想法是否暗示(隱含)著她將車廂、人、球視為同一個系統
所以她會認為無論如何球都該跟著人一起運動呢
若將車廂、人、球視為同一系統,該如何解釋這個物理現象呢
想和大家討論我的想法
被這問題困擾了兩天
小弟的想法或觀念若有錯誤歡迎指正、討論
小弟會虛心接受錯誤的
謝謝大家!
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※ 編輯: metalamos (1.160.116.118), 10/22/2017 19:43:08
※ 編輯: metalamos (1.160.116.118), 10/22/2017 19:46:00
1F:推 u06m4rmp4: 感覺這個問題不用 用到狹相 然後等速車廂理智上 10/22 19:51
2F:→ u06m4rmp4: 你不知道你在前進 10/22 19:51
3F:→ u06m4rmp4: 軌跡base on 誰在看 不base on你在哪邊丟 10/22 19:52
4F:→ u06m4rmp4: "並沒有一個向前的力讓球跟著妳一起前進" 10/22 19:53
5F:→ u06m4rmp4: 不需要力使物體前進 力是加速用的 10/22 19:53
6F:推 woieyufan: 球離手=合力為0=等速前進 火車加速=火車施力 10/22 20:41
7F:→ woieyufan: 我說的是水平方向 鉛直當然還是有重力 10/22 20:42
8F:推 Khatru: 叫她做實驗就好了 10/22 21:29
9F:推 Khatru: 球水平方向不收力,水平方向的速度和你一樣,這就相當於 10/22 21:31
10F:→ Khatru: 站在原地拋球 10/22 21:31
11F:推 mystage: 有些學生沒辦法用想像的,你帶著做個實驗就可以了 10/22 21:36
12F:→ Khatru: 也用不著狹義相對論,把人跟球的運動方程寫出來就好了 10/22 21:40
13F:推 sputtering: 只有慣性系才符合相對性原理 加速系就非慣性系 10/22 22:58