Inertiaalinen viitekehys

Inertiaalinen viitekehys (ISO) on viitekehys , jossa kaikki vapaat kappaleet liikkuvat suoraviivaisesti ja tasaisesti tai ovat levossa [1] [2] . Sellaisten järjestelmien olemassaolo, joilla on tämä ominaisuus, oletetaan Newtonin ensimmäisessä laissa . Vastaava, teoreettisessa mekaniikassa sopiva määritelmä kuulostaa [3] : "Kutsutaan inertiaksi viitekehykseksi, jonka suhteen avaruus on homogeeninen ja isotrooppinen ja aika  on homogeeninen". Kokeellinen tosiasia todistaa, että ISO:ta lähellä olevien järjestelmien olemassaolo on vakuuttavalla tarkkuudella.

Newtonin toinen ja kolmas laki sekä muut klassisen mekaniikan dynamiikan aksioomit on muotoiltu suhteessa inertiaaliseen viitekehykseen [4] . Painovoima- ja inertiavoimien vahvan ekvivalenssiperiaatteen mukaisesti myös oikein valitut paikallisesti inertiakoordinaatistot kuuluvat inertiaaliseen viitekehykseen [5] .

Ludwig Lange ehdotti vuonna 1885 termiä "inertiajärjestelmä" ( saksaksi:  Inertialsystem ), ja se tarkoitti koordinaattijärjestelmää, jossa Newtonin lait pätevät . Langen käsityksen mukaan tämä termi korvasi absoluuttisen avaruuden käsitteen , joka joutui tänä aikana tuhoisan kritiikin kohteeksi. Suhteellisuusteorian myötä käsite yleistettiin "inertiaaliseksi viitekehykseksi".

Inertiaalisen viitekehyksen ominaisuudet

Mikä tahansa viitekehys, joka liikkuu tasaisesti, suoraviivaisesti ja ilman kiertoa suhteessa IFR:ään, on myös IFR. Suhteellisuusperiaatteen mukaan kaikki IFR:t ovat samanarvoisia ja kaikki fysiikan lait ovat muuttumattomia IFR:stä toiseen siirtymisen suhteen [6] . Tämä tarkoittaa, että fysiikan lakien ilmentymät niissä näyttävät samalta, ja näiden lakien tietueet ovat saman muodon mukaisia ​​eri ISO:issa.

Oletus ainakin yhden IFR:n olemassaolosta isotrooppisessa avaruudessa johtaa siihen johtopäätökseen, että on olemassa ääretön joukko sellaisia ​​järjestelmiä, jotka liikkuvat suhteessa toisiinsa tasaisesti, suoraviivaisesti ja translaatiosuuntaisesti kaikilla mahdollisilla nopeuksilla. Jos IFR:itä on olemassa, avaruus on homogeeninen ja isotrooppinen, ja aika on homogeeninen; Noetherin lauseen mukaan tilan homogeenisuus siirtymien suhteen antaa liikemäärän säilymisen lain , isotropia johtaa liikemäärän säilymiseen ja ajan homogeenisuus säästää liikkuvan kappaleen energiaa .

Jos todellisten kappaleiden toteuttamat IFR:ien suhteellisen liikkeen nopeudet voivat saada mitä tahansa arvoja, yhteys minkä tahansa "tapahtuman" koordinaattien ja aikojen välillä eri IFR:issä suoritetaan Galilean muunnoksilla .

Erityisessä suhteellisuusteoriassa todellisten kappaleiden toteuttamien IFR:ien suhteellisen liikkeen nopeudet eivät voi ylittää tiettyä loppunopeutta " c " (valon etenemisnopeus tyhjiössä) ja minkä tahansa koordinaattien ja aikamomenttien välinen yhteys. "tapahtuma" eri IFR:issä suoritetaan Lorentz-muunnoksilla [7] .

Yhteys todellisiin referenssijärjestelmiin

Täysin inertiajärjestelmät ovat matemaattinen abstraktio , eikä niitä ole luonnossa. On kuitenkin olemassa vertailujärjestelmiä, joissa riittävän kaukana toisistaan ​​olevien kappaleiden suhteellinen kiihtyvyys ( Doppler-ilmiöllä mitattuna ) ei ylitä arvoa 10 −10 m/s², esimerkiksi kansainvälinen taivaallinen koordinaattijärjestelmä yhdessä barysentrisen dynaamisen ajan kanssa antaa . järjestelmä, jossa suhteelliset kiihtyvyydet eivät ylitä 1,5⋅10 −10 m/s² (tasolla 1σ) [8] . Pulsareista tulevien pulssien saapumisajan analysointikokeiden ja pian astrometristen mittausten tarkkuus on sellainen, että lähitulevaisuudessa aurinkokunnan kiihtyvyys pitäisi mitata sen liikkuessa galaksin gravitaatiokentässä, joka on arvioitu m/s² [9] .

Vaihtelevalla tarkkuudella ja käyttöalueesta riippuen inertiajärjestelmiä voidaan pitää vertailujärjestelminä, jotka liittyvät: Maa , aurinko , kiinteä suhteessa tähtiin.

Geosentrinen inertiakoordinaattijärjestelmä

Maan käyttö ISO:na sen likimääräisestä luonteesta huolimatta on laajalle levinnyt navigoinnissa . Inertiakoordinaattijärjestelmä osana ISO:ta rakennetaan seuraavan algoritmin mukaan. Pisteeksi O, koordinaattien origoksi, valitaan maan keskipiste sen hyväksytyn mallin mukaisesti. Z - akseli on sama kuin maan pyörimisakseli. X- ja y - akselit ovat ekvatoriaalisessa tasossa. On huomattava, että tällainen järjestelmä ei osallistu Maan pyörimiseen.

Muistiinpanot

  1. ↑ Sivukhin D.V. Fysiikan yleinen kurssi. - M. , 2005. - T. I. Mekaniikka. - S. 71.
  2. ↑ "Vertailujärjestelmää kutsutaan inertiaksi , jos sen suhteen jokin vapaa vuorovaikutuksista universumin muiden objektien kanssa (eristetty) materiaalipiste liikkuu tasaisesti ja suoraviivaisesti." Golubev Yu. F. Teoreettisen mekaniikan perusteet. - M. : MGU , 2000. - S. 156. - 720 s. — ISBN 5-211-04244-1 .
  3. ↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. Mechanics. - 5. painos, stereotyyppinen. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 s. - (" Teoreettinen fysiikka ", osa I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
  4. ↑ Markeev A.P. Teoreettinen mekaniikka. - M .: CheRO, 1999. - S. 85. - 572 s.
  5. ↑ Weinberg C. Painovoima ja kosmologia. - M.: Mir, 1975. - S. 81. - 696 s.
  6. ↑ Inertiavertailujärjestelmä // Kazakstan. Kansallinen tietosanakirja . - Almaty: Kazakstanin tietosanakirjat , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  7. ↑ Suuri venäläinen tietosanakirja  : [35 nidettä]  / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M .  : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
  8. ↑ Nadia L. Zakamska ja Scott Tremaine. Aurinkokunnan kiihtymisen rajoitukset korkean tarkkuuden ajoituksesta  //  The Astronomical Journal. - 2005. - Voi. 130 . - P. 1939-1950 . — ISSN 1538-3881 .
  9. ↑ GAIA: galaksin koostumus, muodostuminen ja evoluutio. Konsepti- ja teknologiatutkimuksen tulokset. . Haettu 3. tammikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 9. heinäkuuta 2009.

Katso myös

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 mekaaninen liike
viitejärjestelmä
Materiaalipiste
Fyysinen vartalo
jatkumo
Liittyvät käsitteet