Принцип относительности
В физике принцип относительности - это требование, чтобы уравнения, описывающие законы физики, были такими же, как и все системы отсчета.
В 300 г. до н.э. греческий философ Аристотель считал, что тяжелые предметы падают быстрее, чем не тяжелые. Естественная наука Аристотеля была наиболее популярна в западной мысли в течение 2000 лет.
В 1600 году итальянский астроном Галилео Галилей доказал, что все объекты падают с одинаковым ускорением. Поэтому чем дольше объект движется с постоянным ускорением, тем быстрее его конечная скорость. Кроме того, если различные объекты, каждый из которых имеет разную массу, падают из постов (начальная скорость равна нулю) на одной и той же высоте в вакууме, то все они будут падать на землю с одной и той же скоростью независимо от их массы. Экспериментальные открытия Галилея и Законы движения, математически разработанные Ньютоном, породили современную науку.
Принцип относительности Галилея гласит: "Невозможно механически сказать, двигаемся ли мы или остаемся в покое". Если два поезда движутся с одинаковой скоростью в одном направлении, то пассажир в любом из поездов не сможет заметить, что ни один из поездов не движется. Однако, если пассажир берет фиксированную систему отсчета, фиксированную точку, такую как земля, то он сможет заметить движение любого из поездов. Другое дело, если человек стоит на земле, он не сможет заметить, что он движется.
Этот принцип просто взят из наблюдений. Например, если мы путешествуем на самолете на постоянной скорости, то можем пройтись по внутренней части самолета, не замечая ничего особенного.
С практической точки зрения это означает, что законы движения Ньютона действительны во всех инерциальных системах, что означает те, которые находятся в состоянии покоя или те, которые движутся с постоянной скоростью относительно той, которая рассматривается в состоянии покоя. Таков закон инерции: тело, находящееся в состоянии покоя, продолжает находиться в состоянии покоя, а тело, находящееся в состоянии движения, продолжает двигаться по прямой линии, если только на него не воздействует внешняя сила. Галилейская система координат - это та, в которой действует закон инерции. Законы механики Галилея и Ньютона действительны в Галилейской системе координат. Если K - галилейская система координат, то каждая вторая система координат K' - галилейская система координат, если она находится в состоянии покоя или движется по закону инерции относительно K. Относительно K', механические законы Галилея и Ньютона действительны так же, как и относительно K.
Если относительно K, K' - это система координат , движущаяся по закону инерции и лишенная вращения, то законы природы подчиняются тем же самым общим принципам в K', что и в K. Это Принцип относительности.Другими словами, если масса m находится в состоянии покоя или движется с постоянным ускорением (постоянное ускорение может быть равно нулю, и в этом случае скорость останется постоянной) по прямой относительно галилейской системы координат K, то она также будет находиться в состоянии покоя или движется с постоянным ускорением по прямой относительно второй системы координат K' при условии, что в системе K' действует закон инерции (иными словами, при условии, что она является галилейской системой координат).
Поэтому, если мы хотим наблюдать эффект в движущейся системе с постоянной скоростью, мы можем применять законы Ньютона непосредственно. Если движущаяся система ускоряется (или мы ускоряемся относительно нее, как при взгляде на звезды с Земли), то нам придется ввести мнимые силы, чтобы компенсировать этот эффект.
Эти фиктивные силы называются центробежной силой и силой кориолиса.
Законы движения Ньютона механически точны для скоростей, которые медленнее скорости света. Для скоростей, которые приближаются к скорости света, необходимо применять открытия Специальной теории относительности Эйнштейна.
Для описания того, что происходит механически во Вселенной, физики используют массу, продолжительность и время. В физике Галилея и Ньютона эти величины остаются одинаковыми во всей Вселенной.
С помощью специальной теории относительности Эйнштейна эти количества могут меняться.
Связанные страницы
- Общая теория относительности
- Особая относительность
Вопросы и ответы
В: Что такое Принцип относительности?
О: Принцип относительности утверждает, что уравнения, описывающие законы физики, одинаковы во всех системах отсчета.
В: Кто впервые предложил этот принцип?
О: Греческий философ Аристотель впервые предложил этот принцип в 300 г. до н.э.
В: Что доказал Галилео Галилей?
О: Галилео Галилей доказал, что все объекты падают с одинаковым ускорением, независимо от их массы.
В: Как открытия Галилея положили начало современной науке?
О: Открытия Галилея и законы движения Ньютона, разработанные математически, дали начало современной науке.
В: Что означает, если два поезда движутся с одинаковой скоростью в одном направлении?
О: Если два поезда движутся с одинаковой скоростью в одном направлении, то пассажир любого из них не сможет заметить, что один из поездов движется. Однако, если они возьмут фиксированную систему отсчета (например, Землю), они смогут заметить его движение.
В: Как применяются законы Ньютона, когда скорости приближаются к скорости света?
О: Когда скорости приближаются к скорости света, необходимо применять Специальную теорию относительности Эйнштейна вместо законов движения Ньютона, поскольку эти законы остаются механически точными только для скоростей, которые малы по сравнению со скоростью света.
