هل يمكنك حقًا الركض فوق القطار، كما في الأفلام؟

فقط لأنك ترى شيئًا ما تم إنجازه في أحد الأفلام، فهذا لا يعني أنه يجب عليك تجربته بنفسك. خذ على سبيل المثال إنسانًا يركض فوق قطار متحرك. بالنسبة للمبتدئين، لا يمكنك التأكد من أنه حقيقي. في أفلام الغرب المبكرة، استخدموا خلفيات متحركة لجعل القطارات المزيفة تبدو وكأنها تتحرك. الآن هناك CGI. أو قد يقومون بتسريع الفيلم لجعل القطار الحقيقي يبدو أسرع مما هو عليه بالفعل.

إذن هذا سؤال لك: هل هو كذلك ممكن الركض على سطح القطار والقفز من سيارة إلى أخرى؟ أم أن القطار سيتقدم أمامك وأنت في الهواء، بحيث تهبط خلف المكان الذي أقلعت منه؟ أو الأسوأ من ذلك، هل سينتهي بك الأمر بالسقوط بين السيارات لأن الفجوة تتحرك للأمام، مما يؤدي إلى إطالة المسافة التي يتعين عليك اجتيازها؟ هذا يا صديقي هو السبب الذي يجعل الممثلين الخطرين يدرسون الفيزياء.

تأطير العمل

ما هي الفيزياء على أي حال؟ إنها في الأساس مجموعة من نماذج العالم الحقيقي، والتي يمكننا استخدامها لحساب القوى والتنبؤ بكيفية تغير موضع وسرعة الأشياء. ومع ذلك، لا يمكننا العثور على موضع أو سرعة أي شيء بدون إطار مرجعي.

لنفترض أنني أقف في غرفة، وأحمل كرة، وأريد أن أصف موقعها. يمكنني استخدام الإحداثيات الديكارتية لمساحة ثلاثية الأبعاد لإعطاء الكرة قيمة (x، y، z). لكن هذه الأرقام تعتمد على أصل واتجاه محاوري. يبدو من الطبيعي استخدام زاوية من الغرفة كنقطة أصل، حيث يمتد المحوران x وy على طول قاعدة جدارين متجاورين ويمتد المحور z عموديًا إلى الأعلى. وباستخدام هذا النظام (الوحدات بالأمتار) أجد أن الكرة عند النقطة (1، 1، 1).

ماذا لو كان صديقي بوب هناك، وقام بقياس موقع الكرة بطريقة مختلفة؟ ربما يضع نقطة الأصل حيث تبدأ الكرة في يدي، ويعطيها موضعًا أوليًا (0، 0، 0). يبدو ذلك منطقيًا أيضًا. يمكننا أن نتجادل حول من هو على حق، لكن هذا سيكون سخيفًا. لدينا فقط أطر مرجعية مختلفة، وكلاهما اعتباطي. (لا تقلق، سوف نعود إلى القطارات.)

الآن أقوم برمي تلك الكرة مباشرة في الهواء. بعد فترة زمنية قصيرة قدرها 0.1 ثانية، وضع نظام الإحداثيات الخاص بي الكرة في الموقع (1، 1، 2)، مما يعني أنها أعلى بمقدار متر واحد. لدى بوب أيضًا موقع جديد (0، 0، 1). لكن لاحظ أنه في كلا النظامين، ارتفعت الكرة بمقدار متر واحد في اتجاه z. ومن ثم، فإننا نتفق على أن سرعة الكرة لأعلى تبلغ 10 أمتار لكل ثانية.

إطار مرجعي متحرك

لنفترض الآن أنني أخذت تلك الكرة في قطار يسافر بسرعة 10 أمتار في الثانية (22.4 ميلًا في الساعة). أرمي الكرة مرة أخرى للأعلى بشكل مستقيم – ماذا سيحدث؟ أنا داخل عربة القطار، لذا أستخدم نظام الإحداثيات الذي يتحرك مع القطار. في هذا الإطار المرجعي المتحرك، أنا ثابت. يقف بوب على جانب المسارات (يمكنه رؤية الكرة من خلال النوافذ)، لذا فهو يستخدم نظام الإحداثيات الثابت الذي أتحرك فيه.