Как при движении двух тел определяется их относительная скорость?

Так как скорость - величина векторная, то скорость тела относительно неподвижной системы отсчета будет равна сумме векторов скоростей:  

тела относительно подвижной системы отсчета плюс скорость самой подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Например, муха летит со скоростью 20м/с внутри поезда, идущего с той же скоростью. Какова скорость мухи относительно Земли?

Если муха летит по направлению движения поезда, то ее скорость относительно Земли составит 40 м/с. Если она летит против движения поезда, то относительно Земли муха будет стоять.

v = v₁ + v₂cosα = v₁ + v₂cos0 = v₁ + v₂

v = v₁ + v₂cosα = v₁ + v₂cos180 = v₁ - v₂

Если муха летит под углом к движению поезда, то скорость мухи умножается на косинус угла между ее скоростью и скоростью поезда. То есть если муха летит от одной стенки вагона к другой, - поперек движения поезда, то скорость мухи относительно Земли равна скорости поезда,  

v = v₁ + v₂cosα = v₁ + v₂cos90 = v₁