Принцип относительности Галилея

Одним из важных законов механики, который позволяет точно описывать движение тел, несмотря на то, что понятие движения является относительным, является принцип относительности Галилея. Рассмотрим кратко суть этого принципа.

Механика в разных Системах Отсчета

Любая попытка описания движений любого тела быстро приводит к выводу, что нельзя говорить о «движении вообще». Для описания движения следует принять некоторую инерциальную Систему Отсчета, относительно которой и будет описано движение тела.

Рис. 1. Относительность движения.

Возникает вопрос – если движение относительно, а движение – это один из процессов, изучаемых механикой, то что можно сказать о других процессах?

В частности, главное утверждение механики о том, что причиной ускорения является воздействие на тело со стороны других тел. Как выполняется это утверждение в разных Системах Отсчета ?

Данный вопрос волновал еще античных философов, и связан он с вопросом о движении Земли. Если Земля движется – то почему мы этого не замечаем? В самом деле, люди, движущиеся в повозке, как правило, замечают это.

Однако, уже средневековые ученые отмечали, что люди на повозке замечают движение лишь только по неравномерностям – по толчкам и тряске. Если же их нет (например, движение происходит на корабле в спокойной воде) – то отличить движение от покоя невозможно. Причина этого лежит в том, что корабль, плывущий по спокойной воде – является инерциальной Системой Отсчета.

Рис. 2. Инерциальные Системы Отсчета.

Принцип относительности Галилея

Наиболее полно принцип относительности сформулировал Г. Галилей в трактате «Диалог о двух системах мира»:

Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее «как бы не существует» и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия. В современных терминах это означает, что все механические процессы во всех инерциальных Системах Отсчета происходят одинаково. Все формулы будут одинаковы.

Например, если измерять ускорение свободного падения на поверхности Земли и в движущей равномерно и прямолинейно лаборатории – то значение будет одинаковым. При этом не имеет значение направление движения – лаборатория может равномерно двигаться вверх или вниз, все равно изменение скорости падающих в ней предметов будет одинаковым (изменением гравитации с высотой пренебрежем).

Тоже самое произойдет с любыми другими механическими взаимодействиями. Например, если тело получает некоторый импульс с помощью пружины, то импульс будет совершенно одинаков как в покоящейся, так и в движущейся лаборатории. Измерение массы тел, уравновешивание весов – все это также будет происходить независимо от того, движется ли Система Отсчета, в которой это происходит, или нет.

Принцип относительности Галилея

Рис. 3. Принцип относительности Галилея.

Неинерциальные Системы Отсчета

Вернемся к вопросу «Почему люди замечают движение на повозке, а движение Земли нет?». Был приведен ответ, что люди замечают движение по неравномерностям. А неравномерности движения означают, что повозка в эти моменты движется с ускорением, и не является инерциальной.

При подъеме в лифте любой человек в первые моменты ощущает, что вес его тела «увеличился», а в последние моменты – что он на некоторое время «уменьшился». Если мы возьмем пружинные весы – они подтвердят, что вес предметов в первые моменты движения лифта увеличивается, а перед остановкой – уменьшается.

Казалось бы, это означает нарушение принципа относительности – ведь ясно, что масса человека не менялась. Однако, необходимо учесть, что принцип относительности применим для инерциальных систем отсчета, то есть для тех систем, которые движутся без ускорения.

Движущийся лифт в первые и последние моменты движения движется с ускорением, и он в это время не является инерциальной Системой Отсчета. Принцип относительности на него не распространяется.

Что мы узнали?

Механический принцип Относительности Галилея гласит, что все механические процессы в любых инерциальных Системах Отсчета происходит одинаково. Описание любого движения, любого взаимодействия тел в любой инерциальной Системе Отсчета даст одинаковые результаты, независимо от того, покоится ли эта Система или движется равномерно и прямолинейно.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 3.

Предметы