Принцип относительности
Одним из первых, кто серьезно задумался над принципом относительности, был Галилей (1564-1642).
Он писал: "…в каюте корабля, движущегося равномерно и без качки, вы не обнаружите ни по одному из окружающих явлений, ни по чему-либо, что станет происходить с вами самими, движется ли корабль или стоит неподвижно".
Переводя на сегодняшний язык, понятно, что если вы спите на 2 полке движущегося равномерно вагона, то вам трудно понять, едите ли вы или просто вас покачивает. Но… как только поезд затормозит (неравномерное движение с отрицательным ускорением!) и вы слетите с полки, …то вы четко скажете – мы ехали.
Принцип относительности.
Для двух наблюдателей, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, наблюдаемые ими движения (с учетом разницы в начальных условиях) одинаковы
Невозможно определить, находимся ли мы в состоянии покоя или в состоянии равномерного движения. Это означает, что не существует выделенной, привилегированной системы отсчета.
Выражаясь научно, наблюдатели в различных системах отсчета (системах координат) видят одно и то же.
Проведем мысленный опыт, приписываемый Галилею.
Наблюдаетель бросает камни либо с неподвижной башни на Земле, либо с высокой (такой же высоты, как башня) мачты корабля, который равномерно и прямолинейно движется в море.
Вопрос: можно ли, бросая камни с башни, определить движение Земли?
|
|
|
Введем определения:
1. Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой справедлив закон инерции (1 закон Ньютона): любое тело, на которое не действуют внешние силы (или сумма сил равно нулю), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Всякая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является ИСО. Согласно принципу относительности, все ИСО равноправны, и все законы физики в них действуют одинаково.
Время - инерциальное время
(Детские вопросики: А что такое прямая линия в инерциальной системе координат? Где найти инерциальную меру длины и инерциальные часы для определения движения тела?)
2. Неинерциальные системы - все остальные (кроме инерциальных) системы.
Далее будем рассматривать движение тел в ИСО.
Обсудим так называемое преобразованиеГалилея.
Рассмотрим две системы координат (X,Y) и (XI,YI), и пусть при t=0 (абсолютное время) оси координат совпадали.
Затем правая система координат начала двигаться (для простоты – вдоль только одной оси) со скоростью 40 км/ч.
(Детский вопросик: а если движение прямолинейно, но в произвольном направление, то что в этом случае делать?)
|
|
|
В движущейся системе координат выполняются соотношения:
xI=x-vIt, yI=y, zI=z, tI=t.
Это так называемое преобразование Галилея.
Скорость:
dxI/dtI = dx/dt -vI =v-vI
Ускорение:
d2x/dt2=d(xI)2/d(tI)2
Но силы FI=F и ускорения одинаковы, поэтому уравнение Ньютона не изменяется.
Это фундаментальный физический закон, имеющий отношение к классической физике.
Свойство инерциальности можно сформулировать также как утверждение об однородности и изотропии пространства и однородности времени по отношению к такой системе отсчета. Однородность пространства и времени означает эквивалентность всех положений свободной частицы в пространстве во все моменты времени, а изотропия пространства — эквивалентность различных направлений в нем. Неизменность характера свободного движения частицы в любом направлении пространства является очевидным следствием этих свойств.
Если две системы отсчета движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно и если одна из них инерциальна, то очевидно, что и другая тоже является инерциальной: всякое свободное движение и в этой системе будет происходить с постоянной скоростью. Таким образом, имеется сколько угодно инерциальных систем отсчета, движущихся друг относительно друга с постоянными скоростями.
|
|
|
Все сказанное достаточно ясно свидетельствует об исключительности свойств инерциальных систем отсчета, в силу которых именно эти системы должны, как правило, использоваться при изучении механических явлений. Везде ниже, где обратное не оговорено особо, будет подразумеваться такой выбор системы отсчета.
Полная физическая эквивалентность всех инерциальных систем отсчета показывает, в то же время, что не существует никакой «абсолютной» системы, которую можно было бы предпочесть всем другим системам.
Теперь приведем простое житейское наблюдение. Пусть вдоль оси х в системе (X,Y) движется автомобиль “Москвич2141” со скоростью v=60 км/час
vотн=v-vI=(60-40)км/час=20 км/час.
Если “Москвич” развернется, то
vотн=v+vI=(60+40)км/час=100км/час
А теперь заменим «автомобиль» на «световой импульс». Казалось, ничего принципиально измениться не должно.
В движущейся системе (XI,YI)
сI=LI/DtI.
И вот наблюдатель получает совершенно неожиданный результат
сI=c,
(а не сI=c-v, как было в случае с автомобилем).
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!