Relative Velocity — Rain on a Moving Window
Der Regen fällt schnurgerade nach unten und zieht dennoch Streifen schräg nach hinten über das Fenster eines fahrenden Zuges. Wechseln Sie zwischen Boden und Mitfahrer, um die Regel der Relativgeschwindigkeit Stück für Stück entstehen zu sehen: beobachtet minus Beobachter.
So benutzt du diese Simulation
- Drücken Sie Bodensystem und Mitfahrersystem, um den Beobachter zu wechseln und die Neigung erscheinen zu sehen
- Stellen Sie Regen- und Zuggeschwindigkeit getrennt ein, um den scheinbaren Winkel zu ändern
- Laden Sie das Metro-Beispiel mit 5,0 m/s und Regen bei 30° oder die Zugaufgabe bei 45°
- Probieren Sie zwei Autos, die sich rechtwinklig begegnen — ein Fall ganz ohne Vertikalbewegung
Worauf du achten solltest
- Der Regen ist vom Boden aus senkrecht und vom Zug aus geneigt, im selben Augenblick
- Ein schnellerer Zug neigt den Regen weiter nach hinten, ohne seine Fallgeschwindigkeit zu ändern
- Der scheinbare Winkel wird vom Verhältnis der beiden Geschwindigkeiten bestimmt, nicht von einer allein
- Zu vertauschen, welches Objekt der Beobachter ist, kehrt die Relativgeschwindigkeit genau um
- Bei den beiden rechtwinklig fahrenden Autos übersteigt die Relativgeschwindigkeit die jedes einzelnen
Die Physik dahinter
Eine Geschwindigkeit ist erst sinnvoll, wenn ein Bezugssystem genannt ist. Die Geschwindigkeit von B aus Sicht von A ist v_AB = v_B − v_A, also die Geschwindigkeit des Beobachteten minus die des Beobachters. Senkrecht mit v_r fallender Regen hat im Bodensystem keine Horizontalkomponente; im System eines mit v_t fahrenden Zuges erhält der Regen eine Horizontalkomponente von −v_t und scheint unter einem Winkel mit tan θ = v_t/v_r nach hinten geneigt. Am Regen hat sich nichts geändert — nur das System, aus dem er beschrieben wird.