Inerciální vztažná soustava

Inerciální vztažná soustava (ISO) je vztažná soustava , ve které se všechna volná tělesa pohybují přímočaře a rovnoměrně nebo jsou v klidu [1] [2] . Existenci systémů, které mají tuto vlastnost, předpokládá první Newtonův zákon . Ekvivalentní definice, vhodná pro použití v teoretické mechanice , zní [3] : „Nazývá se inerciální vztažná soustava, ve vztahu k níž je prostor homogenní a izotropní a čas  je homogenní .". Experimentální fakta svědčí o přítomnosti systémů blízkých ISO s přesvědčivou přesností.

Druhý a třetí Newtonův zákon, stejně jako další axiomy dynamiky v klasické mechanice jsou formulovány ve vztahu k inerciálním vztažným soustavám [4] . V souladu se silným principem ekvivalence gravitačních a setrvačných sil patří do inerciálních vztažných soustav i vhodně zvolené lokálně inerciální souřadnicové soustavy [5] .

Termín "inerciální systém" ( německy:  Inertialsystem ) navrhl v roce 1885 Ludwig Lange a znamenal souřadnicový systém, ve kterém platí Newtonovy zákony . Podle Langeho měl tento termín nahradit koncept absolutního prostoru , který byl v tomto období vystaven zničující kritice. S příchodem teorie relativity byl koncept zobecněn na „inerciální vztažnou soustavu“.

Vlastnosti inerciálních vztažných soustav

Jakákoli vztažná soustava pohybující se rovnoměrně, přímočaře a bez rotace vzhledem k IFR je také IFR. Podle principu relativity jsou všechny IFR stejné a všechny fyzikální zákony jsou invariantní s ohledem na přechod z jednoho IFR na jiný [6] . To znamená, že projevy fyzikálních zákonů v nich vypadají stejně a záznamy těchto zákonů mají v různých ISO stejnou podobu.

Předpoklad existence alespoň jednoho IFR v izotropním prostoru vede k závěru, že existuje nekonečná množina takových systémů, které se vůči sobě pohybují rovnoměrně, přímočaře a translačně všemi možnými rychlostmi. Pokud existují IFR, pak prostor bude homogenní a izotropní a čas bude homogenní; podle Noetherova teorému homogenita prostoru s ohledem na posuny dá zákon zachování hybnosti , izotropie povede k zachování momentu hybnosti a homogenita času zachová energii pohybujícího se tělesa.

Pokud mohou rychlosti relativního pohybu IFR realizované reálnými tělesy nabývat libovolných hodnot, spojení mezi souřadnicemi a časy jakékoli „události“ v různých IFR je provedeno Galileovými transformacemi .

Ve speciální teorii relativity nemohou rychlosti relativního pohybu IFR realizovaných reálnými tělesy překročit určitou konečnou rychlost " c " (rychlost šíření světla ve vakuu), a souvislost mezi souřadnicemi a časovými momenty libovolného „událost“ v různých IFR se provádí pomocí Lorentzových transformací [7] .

Propojení se skutečnými referenčními systémy

Absolutně inerciální soustavy jsou matematickou abstrakcí a v přírodě neexistují. Existují však referenční systémy, ve kterých relativní zrychlení těles dostatečně vzdálených od sebe (měřeno Dopplerovým jevem ) nepřesahuje 10 −10 m/s², například Mezinárodní nebeský souřadnicový systém v kombinaci s barycentrickým dynamickým časem poskytuje systém, ve kterém relativní zrychlení nepřesahují 1,5⋅10 −10 m/s² (na úrovni 1σ) [8] . Přesnost experimentů analýzy doby příchodu pulsů z pulsarů a brzy i astrometrických měření je taková, že v blízké budoucnosti by mělo být měřeno zrychlení sluneční soustavy při jejím pohybu v gravitačním poli Galaxie, což je odhadem v m/s² [9] .

S různou mírou přesnosti a v závislosti na oblasti použití lze inerciální systémy považovat za referenční systémy spojené s: Zemí , Sluncem , fixované vzhledem ke hvězdám.

Geocentrický inerciální souřadnicový systém

Použití Země jako ISO je navzdory své přibližné povaze v navigaci velmi rozšířené . Inerciální souřadnicový systém jako součást ISO je sestaven podle následujícího algoritmu. Jako bod O, počátek souřadnic, je vybrán střed Země v souladu s jejím přijatým modelem. Osa z se shoduje se zemskou osou rotace. Osy x a y jsou v rovníkové rovině. Je třeba poznamenat, že takový systém se nepodílí na rotaci Země.

Poznámky

  1. ↑ Sivukhin D.V. Obecný kurz fyziky. - M. , 2005. - T. I. Mechanika. - S. 71.
  2. ↑ "Referenční soustava se nazývá inerciální , pokud se ve vztahu k ní jakýkoli bez interakcí s jinými objekty Vesmíru (izolovaný) hmotný bod pohybuje rovnoměrně a přímočarě." Golubev Yu.F. Základy teoretické mechaniky. - M. : MGU , 2000. - S. 156. - 720 s. — ISBN 5-211-04244-1 .
  3. ↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. Mechanics. - 5. vydání, stereotypní. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 s. - (" Teoretická fyzika ", svazek I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
  4. ↑ Markeev A.P. Teoretická mechanika. - M. : CheRO, 1999. - S. 85. - 572 s.
  5. ↑ Weinberg C. Gravitace a kosmologie. - M.: Mir, 1975. - S. 81. - 696 s.
  6. ↑ Inerciální vztažná soustava // Kazachstán. Národní encyklopedie . - Almaty: Kazašské encyklopedie , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (CC BY SA 3.0)
  7. ↑ Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  8. ↑ Nadia L. Zakamska a Scott Tremaine. Omezení zrychlení sluneční soustavy z vysoce přesného časování  //  The Astronomical Journal. - 2005. - Sv. 130 . - S. 1939-1950 . — ISSN 1538-3881 .
  9. ↑ GAIA: Složení, formování a vývoj galaxie. Výsledky studie koncepce a technologie. . Získáno 3. ledna 2010. Archivováno z originálu 9. července 2009.

Viz také

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 mechanický pohyb
referenční systém
Materiální bod
Fyzické tělo
kontinuum
Související pojmy