Neinerciální vztažná soustava

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 19. července 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Neinerciální vztažná soustava (NRS) je vztažná soustava pohybující se se zrychlením vzhledem k inerciálnímu [1] . Nejjednodušší NSO jsou systémy pohybující se zrychleným přímočarým pohybem a rotační systémy. Složitější možnosti jsou kombinace dvou jmenovaných.

Druhý Newtonův zákon je formulován pro inerciální soustavy. Aby se pohybová rovnice hmotného bodu v neinerciální vztažné soustavě svým tvarem shodovala s rovnicí druhého Newtonova zákona, jsou kromě „obyčejných“ sil působících v inerciálních soustavách zavedeny síly setrvačné ( více přesně, Eulerovy síly setrvačnosti ) [2] [3] .

Protože v NSO v zásadě nemohou existovat uzavřené soustavy těles (urychlující síly jsou pro jakékoli těleso soustavy vždy vnějšími silami), nejsou v nich splněny zákony zachování hybnosti, momentu hybnosti a energie [4] .

V klasické mechanice

Klasická mechanika předpokládá následující dva principy:

čas je absolutní, to znamená, že časové intervaly mezi libovolnými dvěma událostmi jsou stejné ve všech libovolně se pohybujících vztažných soustavách;
prostor je absolutní, to znamená, že vzdálenost mezi libovolnými dvěma hmotnými body je stejná ve všech libovolně se pohybujících vztažných soustavách.

Tyto dva principy umožňují zapsat pohybovou rovnici hmotného bodu vzhledem k jakékoli neinerciální vztažné soustavě, ve které neplatí první Newtonův zákon .

Pohybovou rovnici hmotného bodu v neinerciální vztažné soustavě lze znázornit jako [5] :

m{\vec {a}}_{r}={\vec {F}}-m{\vec {a}}_{{e}}-m{\vec {a}}_{{k}}

nebo rozšířené:

m{\vec {a}}_{r}={\vec {F}}+2m\left[{\vec {v}}_{r}\times {\vec {\omega }}\right]- m{\frac {d{\vec {v_{0}}}}{dt}}+m\omega ^{2}{\vec {r}}_({\perp }}-m\left[{\ frac {d{\vec {\omega }}}{dt}}\times {\vec {r}}\right]

kde je hmotnost tělesa, , je zrychlení a rychlost tělesa vzhledem k neinerciální vztažné soustavě, je součet všech vnějších sil působících na těleso, je přenosné zrychlení tělesa, je Coriolisovo zrychlení tělesa, je úhlová rychlost rotačního pohybu neinerciální vztažné soustavy kolem okamžité osy procházející počátkem souřadnic, - rychlost pohybu počátku souřadnic neinerciální vztažné soustavy relativní. k jakékoli inerciální vztažné soustavě. $\m$ $\ {\vec {a}}_{r}$ ${\vec {v}}_{r}$ $\ {\vec {F}}$ $\ {\vec {a}}_{e}$ $\ {\vec {a}}_{k}$ $\omega$ ${\vec {v_{0))}$

Tato rovnice může být zapsána ve známé formě druhého Newtonova zákona zavedením setrvačných sil :

${\vec {F}}_{e}=-m{\vec {a}}_{e}$ - přenosná síla setrvačnosti
${\vec {F}}_{k}=-m{\vec {a}}_{k}$ - Coriolisova síla

V neinerciálních vztažných soustavách vznikají setrvačné síly. Vznik těchto sil je znakem neinerciální vztažné soustavy [6] .

V obecné relativitě

Podle principu ekvivalence sil tíhové a setrvačnosti je lokálně nemožné rozlišit, která síla na dané těleso působí - gravitační síla nebo síla setrvačnosti . Zároveň je kvůli zakřivení časoprostoru v jeho konečné oblasti nemožné eliminovat slapové síly gravitace přechodem na jakýkoli referenční systém (viz geodetická odchylka ). V tomto smyslu neexistují žádné globální a dokonce ani konečné inerciální vztažné soustavy v obecné teorii relativity, to znamená, že všechny vztažné soustavy jsou neinerciální.

V kvantové teorii

V roce 1976 William Unruh pomocí metod kvantové teorie pole ukázal, že v neinerciálních vztažných soustavách vzniká tepelné záření s teplotou rovnou

T_{u}={\frac {\hbar a}{2\pi kc))

kde je zrychlení vztažné soustavy [7] . Unruhův efekt chybí v inerciálních vztažných soustavách ( ). Unruhův efekt také vede k tomu, že v neinerciálních vztažných soustavách protony získávají konečnou životnost - otevírá se možnost jejich inverzního beta rozpadu na neutron, pozitron a neutrino [8] [9] [10] . Toto Unruhovo záření má zároveň vlastnosti, které se zcela neshodují s běžným tepelným zářením, například zrychlený kvantově mechanický detektorový systém se nemusí nutně chovat stejně jako v termální lázni [11] . $A$ $a=0$

Poznámky

↑ Matveev A. N. Mechanika a teorie relativity. — M.: ONIKS, 2003. — 432 s. — ISBN 5-329-00742-9 [Ch. 14, § 63].
↑ Kurz obecné fyziky Saveljev IV . T. 1. Mechanika. Molekulární fyzika. - M.: Nauka, 1987. - S. 118-119.
↑ Landsberg G.S. Elementární učebnice fyziky. Svazek 1. Mechanika. Teplo. Molekulární fyzika. - M.: Nauka, 1975. - C. 292
↑ Yavorsky B. M. , Detlaf A. A. Handbook of Physics. - M., Nauka, 1990. - str. 86
↑ Sivukhin D.V. §64. Setrvačné síly pro libovolný zrychlený pohyb vztažné soustavy // Obecný kurz fyziky. - M . : Science , 1979. - T. I. Mechanika. - S. 337-347. — 520 s.
↑ Loitsyansky L. G., Lurie A. I. Kurz teoretické mechaniky. Volume 2 Dynamics (Science 1983) Strana 443: „v neinerciálních soustavách vznikají dodatečné síly zvláštního druhu, tzv. setrvačné síly; výskyt těchto sil je znakem neinerciální vztažné soustavy“.
↑ LCB Crispino, A. Higuchi, GEA Matsas "Unruhův efekt a jeho aplikace" Recenze moderní fyziky. 2008. Vol.80. č.3. S.787-838. ( arxiv=0710.5373 Archivováno 4. února 2016 na Wayback Machine
↑ R. Mueller, Rozpad urychlených částic , Phys. Rev. D 56 , 953-960 (1997) předtisk Archivováno 2. června 2016 ve Wayback Machine .
↑ DAT Vanzella a GEA Matsas, Rozpad urychlených protonů a existence Fulling-Davies-Unruhova efektu , Phys. Rev. Lett. 87 , 151301 (2001) předtisk Archivováno 18. dubna 2018 ve Wayback Machine .
↑ H. Suzuki a K. Yamada, Analytic Evaluation of the Decay Rate for Accelerated Proton , Phys. Rev. D 67 , 065002 (2003) předtisk Archivováno 3. června 2016 ve Wayback Machine .
↑ Belinsky V. A., Karnakov B. M., Mur V. D., Narozhny N. B. // JETP Letters, 1997. V. 65. S. 861.

Literatura

Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Handbook of Physics. 2. vyd., revidováno. M.: Nauka, 1985. 512 s.

mechanický pohyb
referenční systém	inerciální vztažná soustava Neinerciální vztažná soustava Složený pohyb Princip relativity
Materiální bod	Jednotný pohyb Přímočarý pohyb Pohybová rovnice Pohybové rovnice v neinerciální vztažné soustavě Trajektorie (cesta) pohybující se Rychlost Zrychlení ( centripetální zrychlení tečné zrychlení ) pomlčka
Fyzické tělo	translační pohyb Rovinně-paralelní pohyb ( paralelní překlad ) Kulový pohyb ( Rotační pohyb Kruhový pohyb Precese nutace )
kontinuum	laminární proudění turbulentní proudění
Související pojmy	Plán rychlosti Trakce vlaku Šest stupňů volnosti