Zasada względności
W fizyce zasadą względności jest wymóg, aby równania opisujące prawa fizyki były takie same jak wszystkie ramy odniesienia.
W 300 r. p.n.e. grecki filozof Arystoteles uważał, że ciężkie przedmioty spadają szybciej niż te, które nie są ciężkie. Nauki przyrodnicze Arystotelesa były najbardziej popularne w myśli zachodniej przez 2000 lat.
W 1600 roku włoski astronom Galileo Galilei udowodnił, że wszystkie obiekty spadają z takim samym przyspieszeniem. Dlatego im dłużej dany obiekt porusza się ze stałym przyspieszeniem, tym większa jest jego prędkość końcowa. Ponadto, jeśli różne obiekty, z których każdy ma inną masę, spadną z odpoczynku (prędkość początkowa jest równa zeru) na tej samej wysokości w próżni, to wszystkie spadną na ziemię z tą samą prędkością, niezależnie od ich masy. Odkrycia eksperymentalne Galileusza i praw ruchu opracowane matematycznie przez Newtona dały początek nowoczesnej nauce.
Zasada względności Galileusza mówi: "Nie da się mechanicznie stwierdzić, czy się poruszamy, czy też pozostajemy w spoczynku". Jeżeli dwa pociągi poruszają się z tą samą prędkością w tym samym kierunku, to pasażer w każdym z nich nie będzie w stanie zauważyć, że jeden z nich się porusza. Jeżeli jednak pasażer przyjmie stały punkt odniesienia, stały punkt, taki jak ziemia, będzie mógł wtedy zauważyć ruch któregoś z pociągów. Inna rzecz, jeżeli ktoś stoi na ziemi, nie będzie w stanie zauważyć, że się porusza.
Ta zasada jest po prostu wzięta z obserwacji. Przykładowo, jeśli podróżujemy samolotem ze stałą prędkością, możemy przejść przez wnętrze samolotu nie zauważając niczego szczególnego.
Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że prawa ruchu Newtona obowiązują we wszystkich układach inercyjnych, czyli tych, które znajdują się w stanie spoczynku lub tych, które poruszają się ze stałą prędkością w stosunku do tej, która jest rozpatrywana w stanie spoczynku. Jest to prawo bezwładności: ciało w stanie spoczynku pozostaje w stanie spoczynku, a ciało w ruchu pozostaje w ruchu w linii prostej, chyba że jest pod wpływem siły zewnętrznej. Galilejski układ współrzędnych to taki, w którym obowiązuje prawo bezwładności. W galilejskim układzie współrzędnych obowiązują prawa mechaniki Galileo i Newtona. Jeżeli K jest galilejskim układem współrzędnych, to każdy inny układ K' jest galilejskim układem współrzędnych, jeżeli leży w spoczynku lub porusza się zgodnie z prawem bezwładności względem K. W stosunku do K', prawa mechaniczne Galileo i Newtona są tak samo ważne jak prawa względem K.
Jeżeli, w stosunku do K, K' jest układem współrzędnych poruszającym się zgodnie z prawe m bezwładności i jest pozbawiony rotacji, to prawa natury przestrzegają tych samych ogólnych ', co w K. Stwierdzenie to znane jest jako Zasada Względności.Innymi słowy, jeżeli masa m jest w spoczynku lub porusza się ze stałym przyspieszeniem (stałe przyspieszenie może być równe zeru, w którym to przypadku prędkość pozostanie stała) w linii prostej względem galilejskiego układu współrzędnych K, to będzie ona również w spoczynku lub będzie poruszać się ze stałym przyspieszeniem w linii prostej względem drugiego układu współrzędnych K', pod warunkiem, że w układzie K' obowiązuje prawo bezwładności (innymi słowy, pod warunkiem, że jest to galijski układ współrzędnych).
Dlatego, jeśli chcemy obserwować efekt w systemie ruchomym ze stałą prędkością, możemy bezpośrednio zastosować prawa Newtona. Jeśli ruchomy system przyspieszy (lub my przyspieszymy względem niego, jak patrzenie na gwiazdy z Ziemi), będziemy musieli wprowadzić wyimaginowane siły, aby skompensować ten efekt.
Te fikcyjne siły nazywane są siłą odśrodkową i siłą coriolisa.
Prawa ruchu Newtona są mechanicznie dokładne dla prędkości, które są wolne w porównaniu z prędkością światła. Dla prędkości, które zbliżają się do prędkości światła, konieczne jest zastosowanie odkryć Specjalnej Teorii Względności Einsteina.
W celu opisania tego, co dzieje się we wszechświecie mechanicznie, fizycy używają masy, długości i czasu. W fizyce Galileusza i Newtona wielkości te pozostają takie same w całym wszechświecie.
Dzięki specjalnej teorii względności Einsteina te ilości mogą się zmieniać.
Powiązane strony
- Ogólna teoria względności
- Szczególna względność
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest Zasada Względności?
O: Zasada względności mówi, że równania opisujące prawa fizyki są takie same we wszystkich układach odniesienia.
P: Kto pierwszy zaproponował tę zasadę?
A: Grecki filozof Arystoteles po raz pierwszy zaproponował tę zasadę w 300 roku przed naszą erą.
P: Co udowodnił Galileo Galilei?
A: Galileusz udowodnił, że wszystkie obiekty spadają z takim samym przyspieszeniem, niezależnie od ich masy.
P: W jaki sposób odkrycia Galileusza dały początek współczesnej nauce?
A: Odkrycia Galileusza i matematycznie opracowane prawa ruchu Newtona dały początek współczesnej nauce.
P: Co to znaczy, że dwa pociągi poruszają się z tą samą prędkością w tym samym kierunku?
O: Jeżeli dwa pociągi poruszają się z tą samą prędkością w tym samym kierunku, to pasażer jednego z nich nie będzie w stanie zauważyć, że któryś z nich się porusza. Jeżeli jednak przyjmie stały układ odniesienia (jak Ziemia), będzie w stanie zauważyć jego ruch.
P: Jak stosuje się prawa Newtona, gdy prędkości zbliżają się do prędkości światła?
O: Gdy prędkości zbliżają się do prędkości światła, zamiast praw ruchu Newtona należy zastosować Szczególną Teorię Względności Einsteina, ponieważ prawa te pozostają mechanicznie dokładne tylko dla prędkości, które są wolne w porównaniu z prędkością światła.
