Nur weil Sie etwas in einem Film gesehen haben, heißt das nicht, dass Sie es selbst versuchen sollten. Nehmen wir zum Beispiel einen Menschen, der auf einem fahrenden Zug rennt. Zunächst einmal kann man nicht sicher sein, ob es echt ist. In frühen Western verwendeten sie bewegliche Kulissen, um gefälschte Züge so aussehen zu lassen, als wären sie in Bewegung. Jetzt gibt es CGI. Oder sie beschleunigen den Film, damit ein echter Zug schneller aussieht, als er tatsächlich ist.
Hier ist eine Frage an Sie: Ist es so? möglich Auf dem Dach eines Zuges laufen und von einem Waggon zum nächsten springen? Oder saust der Zug in der Luft an Ihnen vorbei, sodass Sie hinter dem Startpunkt landen? Oder schlimmer noch: Würden Sie am Ende zwischen die Autos fallen, weil sich die Lücke nach vorne verschiebt und sich die Distanz, die Sie zurücklegen müssen, verlängert? Das, mein Freund, ist der Grund, warum Stuntschauspieler Physik studieren.
Die Aktion einrahmen
Was ist überhaupt Physik? Im Grunde handelt es sich um eine Reihe von Modellen der realen Welt, mit denen wir Kräfte berechnen und vorhersagen können, wie sich die Position und Geschwindigkeit von Dingen ändern wird. Ohne einen Referenzrahmen können wir jedoch weder die Position noch die Geschwindigkeit von irgendetwas ermitteln.
Angenommen, ich stehe in einem Raum, halte einen Ball in der Hand und möchte seinen Standort beschreiben. Ich kann kartesische Koordinaten für einen 3D-Raum verwenden, um dem Ball einen (x, y, z)-Wert zu geben. Diese Zahlen hängen jedoch vom Ursprung und der Ausrichtung meiner Achsen ab. Es erscheint naheliegend, eine Ecke des Raumes als Ursprung zu verwenden, wobei die x- und y-Achsen entlang der Basis zweier benachbarter Wände verlaufen und die z-Achse vertikal nach oben verläuft. Mit diesem System (mit Einheiten in Metern) finde ich, dass sich der Ball am Punkt (1, 1, 1) befindet.
Was ist, wenn mein Kumpel Bob da ist und die Position des Balls auf andere Weise misst? Vielleicht legt er den Ursprungsort, an dem der Ball beginnt, in meine Hand und gibt ihm eine Anfangsposition von (0, 0, 0). Das scheint auch logisch. Wir könnten darüber streiten, wer Recht hat, aber das wäre albern. Wir haben einfach unterschiedliche Bezugsrahmen, und beide sind willkürlich. (Keine Sorge, wir kehren zu den Zügen zurück.)
Jetzt werfe ich den Ball direkt in die Luft. Nach einem kurzen Zeitintervall von 0,1 Sekunden befindet sich der Ball in meinem Koordinatensystem an der Position (1, 1, 2), was bedeutet, dass er 1 Meter höher ist. Bob hat auch einen neuen Standort, (0, 0, 1). Beachten Sie jedoch, dass in beiden Systemen der Ball in z-Richtung um 1 Meter anstieg. Wir gehen also davon aus, dass der Ball eine Aufwärtsgeschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde hat.
Ein beweglicher Referenzrahmen
Angenommen, ich nehme den Ball mit in einen Zug, der mit 10 Metern pro Sekunde (22,4 Meilen pro Stunde) fährt. Ich werfe den Ball noch einmal direkt nach oben – was wird passieren? Ich befinde mich im Triebwagen und verwende daher ein Koordinatensystem, das sich mit dem Zug bewegt. In diesem bewegten Bezugssystem bin ich stationär. Bob steht am Rand der Gleise (er kann die Kugel durch die Fenster sehen), also verwendet er ein stationäres Koordinatensystem, in dem ich mich bewege.
Mit freundlicher Genehmigung von Rhett Allain