Vì sao ngồi trong xe đang chạy lại thấy mưa xiên dù mưa rơi thẳng so với mặt đất?

Giải thích nguyên lý

Hướng chuyển động nhìn thấy phụ thuộc hệ quy chiếu. Nếu mưa không có vận tốc ngang so với đất, người ngồi trên xe đang chạy vẫn thấy giọt mưa có thành phần ngang ngược chiều xe. Cần lấy vận tốc mưa so với đất trừ vận tốc xe so với đất, theo từng trục. Không thể chỉ trừ hai độ lớn vì hai vận tốc đang khác phương.

Ví dụ tính từng bước

Chọn x theo chiều xe, y hướng lên. Xe đi đều với (4;0) m/s, giọt mưa có vận tốc (0;−6) m/s so với đất. So với xe, vận tốc mưa là (−4;−6) m/s, độ lớn √52 ≈ 7,21 m/s. Đường mưa nghiêng về phía sau một góc arctan(4/6) ≈ 33,7° so với phương đứng trong mô hình.

Điểm dễ hiểu sai

Mưa trông xiên không tự chứng minh gió thổi ngang. Cũng không gọi 7,21 m/s là tốc độ mưa trong hệ đất.

Tự kiểm tra

Nếu xe giảm tốc độ còn 2 m/s nhưng mưa vẫn như cũ, góc nghiêng là arctan(2/6) ≈ 18,4°.

Điều kiện áp dụng

Xe chuyển động thẳng đều, tốc độ rơi mưa coi gần không đổi trong vùng quan sát, chưa xét luồng khí quanh xe. Các vectơ là vận tốc, không phải lực.

Đọc hình minh họa

Hai hệ quan sát mưa: so với đất giọt đi xuống, so với xe giọt đi chéo xuống và về sau; các thành phần vận tốc có nhãn m/s. Các mũi tên chỉ đại lượng theo nhãn; hình định tính không dùng để đo tỉ lệ lực hoặc độ dài. Các đồ thị đọc theo số liệu và đơn vị hai trục.

Học tiếp

Cộng vận tốc của người trên tàu như thế nào Gia tốc là gì? Công thức a = Δv/Δt và đơn vị m/s²