Cadru inerțial de referință

Cadrul de referință inerțial (ISO) este un cadru de referință în care toate corpurile libere se mișcă rectiliniu și uniform sau sunt în repaus [1] [2] . Existența sistemelor care au această proprietate este postulată de prima lege a lui Newton . O definiție echivalentă, convenabilă pentru utilizare în mecanica teoretică , sună [3] : „Se numește cadru de referință inerțial, în raport cu care spațiul este omogen și izotrop , iar timpul  este omogen ”. Faptele experimentale mărturisesc prezența sistemelor apropiate de ISO cu o acuratețe convingătoare.

A doua și a treia lege a lui Newton, precum și alte axiome ale dinamicii din mecanica clasică sunt formulate în raport cu cadrele de referință inerțiale [4] . În conformitate cu principiul puternic al echivalenței forțelor gravitaționale și inerțiale , sistemele de coordonate inerțiale alese corespunzător aparțin și cadrelor de referință inerțiale [5] .

Termenul de „sistem inerțial” ( germană:  Inertialsystem ) a fost propus în 1885 de Ludwig Lange și a însemnat un sistem de coordonate în care sunt valabile legile lui Newton . Așa cum a fost conceput de Lange, acest termen trebuia să înlocuiască conceptul de spațiu absolut , supus unor critici devastatoare în această perioadă. Odată cu apariția teoriei relativității, conceptul a fost generalizat la „cadru inerțial de referință”.

Proprietățile cadrelor de referință inerțiale

Orice cadru de referință care se mișcă uniform, rectiliniu și fără rotație față de IFR este, de asemenea, un IFR. Conform principiului relativității , toate IFR-urile sunt egale, iar toate legile fizicii sunt invariante în raport cu trecerea de la un IFR la altul [6] . Aceasta înseamnă că manifestările legilor fizicii din ele arată la fel, iar înregistrările acestor legi au aceeași formă în diferite ISO-uri.

Presupunerea existenței a cel puțin unui IFR într-un spațiu izotrop duce la concluzia că există o mulțime infinită de astfel de sisteme care se deplasează unul față de celălalt uniform, rectiliniu și translațional cu toate vitezele posibile. Dacă există IFR, atunci spațiul va fi omogen și izotrop, iar timpul va fi omogen; conform teoremei lui Noether , omogenitatea spațiului în raport cu deplasările va da legea conservării momentului , izotropia va duce la conservarea momentului unghiular , iar omogenitatea timpului va conserva energia unui corp în mișcare.

Dacă vitezele mișcării relative a IFR-urilor realizate de corpuri reale pot lua orice valoare, legătura dintre coordonatele și timpii oricărui „eveniment” în diferite IFR-uri se realizează prin transformări galileene .

În teoria relativității speciale , vitezele mișcării relative a IFR-urilor realizate de corpuri reale nu pot depăși o anumită viteză finală „ c ” (viteza de propagare a luminii în vid), iar legătura dintre coordonatele și momentele de timp ale oricărui „evenimentul” în diferite IFR-uri este realizat prin transformări Lorentz [7] .

Conexiune cu sisteme de referință reale

Sistemele absolut inerțiale sunt o abstractizare matematică și nu există în natură. Cu toate acestea, există sisteme de referință în care accelerația relativă a corpurilor suficient de îndepărtate unele de altele (măsurată prin efectul Doppler ) nu depășește 10 −10 m/s², de exemplu, Sistemul Internațional de Coordonate Cerești în combinație cu Timpul Dinamic Baricentric oferă un sistem în care accelerațiile relative nu depășesc 1,5⋅10 −10 m/s² (la nivelul 1σ) [8] . Precizia experimentelor privind analiza timpului de sosire a impulsurilor de la pulsari și, în curând, a măsurătorilor astrometrice, este de așa natură încât, în viitorul apropiat, accelerația sistemului solar ar trebui măsurată pe măsură ce se mișcă în câmpul gravitațional al Galaxiei, care este estimat în m/s² [9] .

Cu diferite grade de precizie și în funcție de zona de utilizare, sistemele inerțiale pot fi considerate sisteme de referință asociate cu: Pământul , Soarele , fix față de stele.

Sistem de coordonate inerțial geocentric

Utilizarea Pământului ca ISO, în ciuda naturii sale aproximative, este larg răspândită în navigație . Sistemul de coordonate inerțiale, ca parte a ISO, este construit conform următorului algoritm. Ca punct O, originea coordonatelor, centrul pământului este ales în conformitate cu modelul său acceptat. Axa z coincide cu axa de rotație a pământului. Axele x și y sunt în planul ecuatorial. Trebuie remarcat faptul că un astfel de sistem nu participă la rotația Pământului.

Note

  1. ↑ Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - M. , 2005. - T. I. Mecanica. - S. 71.
  2. ↑ „Sistemul de referință se numește inerțial , dacă în raport cu acesta vreun punct material liber de interacțiuni cu alte obiecte ale Universului (izolat) se mișcă uniform și rectiliniu.” Golubev Yu. F. Fundamentele mecanicii teoretice. - M. : MGU , 2000. - S. 156. - 720 p. — ISBN 5-211-04244-1 .
  3. ↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Mechanics. - Ediția a 5-a, stereotip. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 p. - (" Fizica teoretică ", Volumul I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
  4. ↑ Markeev A.P. Mecanica teoretică. - M. : CheRO, 1999. - S. 85. - 572 p.
  5. ↑ Weinberg C. Gravitație și cosmologie. - M.: Mir, 1975. - S. 81. - 696 p.
  6. ↑ Sistem de referință inerțial // Kazahstan. Enciclopedia Națională . - Almaty: Enciclopedii kazahe , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  7. ↑ Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / cap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 2004-2017.
  8. ↑ Nadia L. Zakamska și Scott Tremaine. Constrângeri privind accelerarea sistemului solar de la sincronizarea de înaltă precizie  //  The Astronomical Journal. - 2005. - Vol. 130 . - P. 1939-1950 . — ISSN 1538-3881 .
  9. ↑ GAIA: Compoziția, formarea și evoluția galaxiei. Rezultatele studiului de concept și tehnologie. . Consultat la 3 ianuarie 2010. Arhivat din original pe 9 iulie 2009.

Vezi și

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 mișcare mecanică
sistem de referință
Punct material
Corpul fizic
continuum
Concepte înrudite