这是基本的相对运动问题,但却并不简单。就是因为那个加速度——而且从理论上讲,加速度的大小并不重要,即使加速度很小,但只要有,那就和没有不同了。有没有加速度, 本质就是惯性系和非惯性系的区别。
(1)若没有加速度,即是惯性系,那相对运动计算很简单,直接用牛顿运动定律即可。比如你的例子,如果没有加速度,那么:
从火车上看,人在车厢内自由活动,与在地面上并无区别,跳起后自然能落回原点。人感觉不到火车在走,人自己在水平方向上也没有动,只是上下动了一下。
从地面上看也一样:火车在走,人跟着火车以相同的速度在走,人跳起来,有了向上的位移和速度,但水平方向上仍然保持原有的、和火车相同的速度——因为惯性。等人落下后,火车也移动到了相同的位置,也就是还是落在了“原点”。从地面看来,人的运动轨迹其实是一条抛物线段,而火车的运动轨迹是一条直线段,两两合成,人相对于火车在水平方向上还是没有动。
(2)若是有加速度,也就是你的这个问题,那火车就是一个非惯性系了。若还以火车为参照系,那就不能直接使用牛顿运动定律了。
先不说理论,单从经验来看:如果火车加速(或减速)运动,车上的人能没有感觉吗?还能在火车上行动自如、和在地面上一样吗?人必然会感觉到地板或座位给的(水平方向上的)力,不扶着恐怕都站不稳。所以,结果也就很可能不同了。
火车是非惯性系,不能直接使用牛顿运动定律;但地面还是惯性系,我们就从地面上观察:火车以加速度a向前运动,人跳起来。竖直方向不用说,水平方向上,人在空中会因为惯性以一个速度向前运动:也就是起跳时火车的速度(假设为u)。人跳离地板后,也就无法再受到火车给的力,水平速度不会再改变(空气影响可以忽略)。所以,从地面来看,人的运动轨迹还是一条抛物线。再来看火车:人跳离后,火车还是加速运动,所以后面火车的水平速度就大于人的水平速度了(若人在空中的时间为t,那么等人落回地板后,火车的速度已经变成了:v=u+at)。整个过程,人的水平速度不变,而火车的速度在变大,所以走过的距离肯定不一样。与上面(1)对比:火车的轨迹虽然还是一条直线段,但其长度已经比人对应的那条抛物线段的水平跨度要大一些了。所以当人落回后,就无法再踩到原来(在火车上)的位置了。
当然,以上推理是基于牛顿经典力学理论的。若按相对论,那算法略有不同,但结果一样。对于你的这个问题,相对论和牛顿理论误差极小,完全可以忽略,没有质的区别。