人坐在火车上会被火车带着跑,但是人跳起来腾

问:人坐在火车上会被火车带着跑,但是人跳起来腾空的话,落下来还是在原地?这是什么原理?

这个问题其实就是运动,不同参考系下观察者看到的运动轨迹。

1、火车上的人

人在车内,人与车的速度是保持一致的。如下图,车子与葫芦娃都已速度v向左运动。在车子刚刚启动阶段,两者的速度为零。对于车子:发动机提供动力,地面摩擦力提供向前的力。对于葫芦娃:脚底的摩擦力提供向前的力。当车子匀速后,葫芦娃水平方向就平衡了。这就是人坐车被车带动的原因。

2、火车上的人跳起来

我们再来看下,如果匀速行驶的车子,葫芦娃跳了起来,落下后会出现在哪?这种情况下,有两个参考系。

2.1)对于车上的其他人来说

车上的其他人,看到葫芦娃跳起后,又落回了原地。这是因为:在水平方向,力是平衡的。没有水平力的作用,就不会改变水平方向的运动状态。因此,看到的是黄色的轨迹。

2.2)对于地面上的人来说

地面上的人,车子和葫芦娃都在向左形式,存在着一个初速度。葫芦娃跳了起来,在水平方向仍然是平衡状态,那么就必须依然保持这个水平速度不变。因此,葫芦娃向左运动了vt的距离。同时,葫芦娃挑起,在垂直方向上也发生了变化。两者结合就是抛物线轨迹。因此,地面上看到葫芦娃是绿色的轨迹。

3、总结

我想我已经回答完你的问题了。“原地”这个概念也是根据不同参考系决定的。对于车子里的人来说,葫芦娃向上跳起,必定落于原地。但是对于地面上的人来说,葫芦娃随车子已经向左运动了一段距离了。

这是常识,相信做过火车的都应该有这种经历,当然我们不用刻意去跳就知道会落在原地。不过有一个重要的前提,那就是火车必须匀速行驶,如果加速或者减速,肯定不会落在原地!

落在原地的原因很简单,因为惯性,人虽然跳起来了,但仍具有向前运动的惯性,理论上向前运动的速度和火车速度是一样的,所以跳起来之后会仍会落到原地!

事实上,在初中物理时我们就学过这种原理,即使没有学过在现实生活中也应该体验过。我们每天生活在地球上都在体验这种惯性的影响!

我们的地球一直在运动着,地球就相当于一辆“超级火车”,无论我们在地面上如何向上跳跃,最终还是会落在原地。有些人总是幻想着如果能一直腾空距离地面100米,是不是12小时后就能到达地球另一面了?这种思维方式就是典型的想当然!

当然,如果我现在火车外看你在火车上跳跃,我不会感觉到你觉在原地,而是飞速向前跑,这是因为参照物的选择不同,我是以地面为参照物,所以感觉你在飞奔,而你感觉落在原地是以火车为参照物!参照物的选择不同结果当然就不同!


牛顿第一定律:一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。也被称为惯性定律。

火车开始运动后,人坐在火车上,以火车为对照物,人是静止的,所以这时人跳一下,因为惯性的存在,落下来还是在火车上原来起跳的那个位置。

以火车外的风景为参照为参照物,人是运动的。惯性很好理解,如果在运动的火车上人跳起的瞬间,火车也突然停止,人在落下时,就不会落在原地,而是会延着火车运动的方向继续运动。

所以我们坐汽车都要拴安全带,以免突然刹车时,以免因惯性使人撞在挡风玻璃上或前排靠背上。

什么原理

这是运动的相对性以及惯性原理

简单解释一下

理论上,对于一辆匀速匀速直线运动的火车,如果人是在密闭的火车上跳跃的话,还是会落回原地。实际上存在一定的偏差,但影响可以忽略不计。但是如果不是全封闭的车厢,受空气阻力影响,并不会落回原地。

人坐车时,当车辆加速时人会向后倾,这就是惯性。惯性是物体保持运动状态不变的能力。人跳起来虽然身体一瞬间离开了火车,但仍然具有向前的动力。

再来说一说运动的相对性。地球在绕太阳高速运动,如果以太阳为参照物,人也在绕太阳高速运动。由此可见,对物体运动状态的描述,所选参照物不同其结果也会不同。通常描述地球上物体的运动状态都是以地面为参考系。

同理,火车虽然相对于地面在高速运动,但人相对于火车却是静止的,也就是说人体与火车相对于地面具有相同的速度。

还有与此类似的想法,气球不动,依靠地球自转绕地球旅游,可能吗?


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这个问题和在地球上起跳,仍然落在原地,是一个道理。不妨以站在赤道上的人来说事,站在赤道上的每一个人,都与赤道有相同的线速度,当他跳起来时,仍然上地球有相同的速度。并且,在落地之前,始终保持着这个速度。因为牛顿说过,如果物体不受力,就会保持着原来的运动状态(均直运动)。在跳起来并落地这段时间内,人体在水平方向上没有力的变化。但在垂直方向上受重力影响,所以,他先是升起,然后落下。重点是,他做垂直运动的过程,一点也不影响他做水平运动的过程。

在汽车上起跳不落在原地的条件是汽车突然加速或减速。道理很简单,就不展开说了。


这是相对性原理,是宇宙的几个基本原理之一。早在十七世纪的伽利略就已经发现了这个原理,在河中匀速直线运动的一条船上,从船上桅杆顶自由下落的石子最终会落到桅杆底部,而没有落到船运动的反方向。在船上的观察者看来,石子从桅杆顶到底部的运动是自由落体,石子的运动轨迹是竖直的。而在河岸上的观察者看来,石子在作平抛运动,石子的轨迹是一个弧线。这就是不同的惯性系对同一事件的不同观察结果。但如果把船封闭起来,船上的观察者是无法判断船是在运动还是静止。河岸和运动的船两个惯性系是平权的,两个惯性系的物理规律的表达形式是相同的。这就是伽利略相对性原理,又称为力学相对性原理。后来爱因斯坦分两次把这个原理推广到非惯性系,即狭义相对论的狭义相对性原理和广义相对论的广义相对性原理。今天题主这个问题用伽利略相对性原理就足够了。


同理是船改为了火车,石子改为了腾空而起的人的下落。根据相对性原理,在运动的火车里人的起跳落地的物理现象与在地面上的起跳落地是完全一样的。描述这一现象的物理定律的数学表达式是一样的。即在地面起跳落在原地,那在火车上起跳也落回原火车地板,与在地面跳落的感觉是一样的,都是竖直上抛运动。在火车里根本无法判断火车是在运动还是在静止。咱们一点也不需要作力学分析和计算,轻松解决这一问题。好了,最后就这么说吧:如果认为人跳起来会落向火车运动的反方向,那么人向火车外跳就应该是相对地面静止的、很轻松的下车,而不应该是这样了:


实际上相对性原理和惯性原理是相通的。惯性原理是牛顿力学的基石,堪称第一原理。它是对物质不停地在时空中运动的体现,是对物质存在形式的体现。正因为物体有惯性,它才会与惯性参考系紧密相联,跟随参考系(比如运动的火车)的运动而运动。

这个问题是一个初中的物理问题,说实话,问大人好像真的是忘记了。惯性定律,物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。!这个你就懂了吧!

大家应该都做过公交车,一般情况下,公交车为了躲让车辆的时候会踩刹车,这个时候我们在车上的人就会因为惯性的原因向前倾。反之,当车快速启动的时候,我们因为初速度是静止的,为了达到和车一样的加速度,我们的身体会向后倾,有车的人,那种推背感也是因为惯性的原理!

在来说题主的问题,因为人和火车都是匀速,所以你只是简单的跳一下的话因为引力的关系你还是保持和火车同样的速度,除非有这样一种假设,在你已经跳起来的瞬间,火车的速度突然提升了两倍,那你可能就hh了,因为你没有加速度的动能!


这个问题我们要想做一个假定,我们只分析一个宏观低速状态下的情况,

在这个尺度里面,我们使用牛顿定律就完全够用了,还不需要用上相对论什么的。

但这问题也可以很复杂,首先如果是火车在匀速运动,你跳了起来,他还是匀速,那没问题,你肯定落回原地,这是我们初中学过的惯性。

那如果你跳起来的一瞬间,火车加速了呢?你就会落到后面去。发现么?其实你原来的就是火车的速度,是火车把你加到了那个速度,但火车一旦变速,你又不和火车发生相互作用,你还是会落到不同的位置。通过这也可以理解为什么汽车突然刹车,我们会往前倾,这是我们自身惯性导致的。


不过,我想接下来,还会有人去问惯性到底是什么?其实我很怕别人这么问,因为目前我们对于惯性的定义就是物体自身的一种属性,它有质量来体现,那你继续问下去,其实已经脱离了物理学的探讨,我也无法给你回答,因为物理学只研究可测量的东西。但对于惯性更深层次的探讨其实已经脱离了这个边界。

那是因为你和火车相对于地面具有同方向的惯性力,而你相对于火车,则相对于静止

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