首先,枪射出的子弹的速度是相对于枪的.
假如,火车的速度为V(向右),子弹射出枪相对于枪的速度为u.两人开枪后子弹的速度u就是相对于这两个人的.那么,在火车中看,两子弹都以u的水平初速度速度分别向前后做平抛运动.
在地面上来看,向前射出的子弹以V+u的水平初速度速度向前做平抛运动.向后射出的子弹以V-u的水平初速度速度做平抛运动.
如果uV,那么向后的子弹速度为负,即在地面上看是以V-u的绝对值得初速度向后做平抛运动.
在地面上看,向前射的子弹的位移确实大于向后射的子弹的位移,但这个位移是相对于地面的.在火车上看两子弹位移相同,但这个位移是相对于火车的.
对补充问题的回答:
这个问题其实根在火车上前后开枪是一个问题.只不过这时在火车上的人就相当于上个问题中地面上的人,他们看到大地以V的速度运动.对他们来说,大地相当于火车.他们看到的同样有上个问题中地面上的人看到的那三种情况.这时,地面上的人相当于上个问题中火车上的人,他们看到两子弹以相反速度做平抛运动.
其实,在这个补充问题中,你可以将大地看成一辆火车,将火车看成不动的.那么问题就和上面的那个一样了.
对补从问题的再次回答:
为什么火车里人看的子弹和地面的看子弹前后时间是不一样的?平抛运动只受重力.在水平方向是匀速运动,竖直方向是自由落体运动.所以平抛运动的时间t=根号下(2h/g),平抛运动的速度只由抛出点离地面高度h决定,与水平初速度无关.在火车上看地面上前后打出的子弹,子弹离地面的高度与从地面上看是一样的.既然高度一样,那么时间是一样的.所以,无论是火车上的人看,还是地面上的人看,他们看到的子弹平抛运动的时间是一样的.
还有,物理中参考系的选取是任意的,这个问题本质上是参考系的选取问题.火车上的人以火车为参考系,地面上的人以地面为参考系.两参考系均是匀速运动的,那么这两个参考系都是可以描叙物体运动的.没有绝对静止的.我们将火车看成不动的,那么地面就是运动的.反之,地面不动,火车就动.这样这两个参考系实质是没有区别的.用他们描述的物体运动一定是符合物理学的.时间一定是相同的.(至少在经典物理中是这样)你可以记住一句话:力学规律在任何惯性系中都是相同的(伽利略相对性原理).惯性系就是匀速直线运动或静止的参考系.也就是说,以火车和地面描述的子弹运动情况,不会出现矛盾.
这里涉及了速度的叠加.在经典物理中,一个参考系A相对于另一个参考系B匀速运动的速度为V.在参考系A中,物体速度为V1,那么在另一个参考系B中,这个物体的速度V2=V1+V.例如火车相对于地面速度为V,这里可以假设火车就是参考系A,地面是参考系B,物体相对于火车(A)的速度为V1,那么在地面(B)上看物体速度就是V2=V+V1.这里应注意,速度是矢量,运用加减法一定要求是矢量相加.在中学阶段,一般考的就是同一直线的,可以转化为代数加减.在同一直线的问题中,要选取一个正方向.如果速度方向与正方向相同,就带入正值,反之,代入负值.如果解出速度为负值,那么表示求得的速度与我们选定的正方向相反,反之,解出为正,即方向与选定的正反向相同.
将速度转化到另一参考系中后,就可以在这一参考系中列方程求解问题.求得的速度也是这一参考系中速度.(时间是一样的)要注意,千万不要在同一式子中既出现这个参考系中的速度,又出现另一参考系中的速度.也就是说,在同一方程中,物理量应该都是同一参考系中的.