(1)如果沒有加速度,就是慣性系,相對運動的計算很簡單,可以直接用牛頓運動定律。例如,如果沒有加速度,則:
從火車上,人可以在車廂裏自由活動,和在地面上沒什麽區別。跳完之後,它們可以自然落回原點。人感覺不到火車在動,也不是水平方向的運動,只是上下運動。
從地面上看,也是壹樣的:火車在走,人和火車走的速度壹樣,人跳起來有向上的位移和速度,但在水平方向上還是保持原來的速度——因為慣性。等人倒下後,火車也移動到同壹個位置,也就是仍然在“原點”著陸。從地面上看,人的軌跡其實是壹段拋物線,而火車的軌跡是壹段直線,兩兩組合,人相對於火車仍然不做水平運動。
(2)如果有加速度,這是妳的問題,那麽火車是非慣性系。如果仍然以火車為參照系,牛頓運動定律就不能直接使用。
先不說理論,單從經驗來說:如果火車加速(或減速),車上的人能毫無感覺嗎?在火車上還能像在地上壹樣自由活動嗎?人難免會感受到地板或座椅(水平方向)給的力,不扶住恐怕站不穩。因此,結果很可能是不同的。
火車是非慣性系,不能直接用牛頓運動定律;但是地面還是在慣性系中,所以我們可以從地面觀察到火車以加速度A向前運動,人跳。不用說,在垂直方向上,在水平方向上,人會因為慣性而以壹個速度前進:也就是火車起飛時的速度(假設U)。人跳下地板後,不再能受到列車的力,水平速度不會改變(空氣影響可以忽略)。所以從地面上看,人體運動的軌跡還是壹條拋物線。我們再來看火車:人跳下後,火車仍然加速,所以後面火車的水平速度高於人(如果人在空中的時間是t,那麽人落回地面後,火車的速度就變成了:v=u+at)。整個過程中,人的橫向速度不變,而火車的速度變大了,那麽行進的距離肯定是不壹樣的。與上面(1)相比,火車的軌道仍然是直線段,但其長度比人對應的拋物線段的水平跨度要長。所以人在後撤的時候,是踩不到原來的位置的。
當然,以上推理是基於牛頓經典力學理論。根據相對論,算法略有不同,但結果是壹樣的。對於妳的問題,相對論和牛頓理論的誤差很小,完全可以忽略,沒有質的區別。