Пространства и времени, инерциальные СО, принцип

относительности Галилея в механике.

1а). Однородность пространства и времени.

Все явления природы, изучением которых занимается физика, происходят в пространстве и во времени. Каждое явление можно представить в виде совокупности отдельных элементов, называемых событиями. Каждое событие, "состоящее в том, что случилось что-то", "наступает" в определенный момент времени в "определенной" точке пространства. Поэтому основная задача – уметь правильно описывать событие.

Для описания события необходимо иметь систему отсчета (СО). Под СО надо понимать систему координат (СК), служащую для указания положения частиц в пространстве, и связанные с этой системой часы в соответствующей точке пространства, служащие для указания времени (СО = СК + ЧАСЫ).

В различных СО законы природы (например, законы движения материальной точки) имеют, вообще говоря, различный вид. Если взять произвольную систему отсчета, то может оказаться, что законы даже совсем простых явлений будут выглядеть в ней весьма сложно.

Введём в качестве идеализации изолированное пространство, в котором на материальную точку (тело) не действуют никакие внешние силы. В произвольной СО тело, находящееся в изолированном пространстве (не взаимодействующее с другими телами) в начальный момент в состоянии покоя, с течением времени начнет двигаться. Причем скорость и характер движения будут зависеть от того, в какой точке пространства это тело находилось в момент времени . Поэтому по отношению к произвольной СО даже изолированное пространство является неоднородным и неизотропным. Примером такого неоднородного пространства является пространство, связанное с вращающейся системой координат или в общем случае с ускоренно движущейся системой координат.

Такое же утверждение можно сделать и в отношении времени. Время в произвольной СО будет неоднородным в том смысле, что его различные моменты будут неэквивалентны для изолированного тела, которое первоначально покоилось (или равномерно двигалось).

1б). Инерциальные системы отсчёта (ИСО).

Оказывается, что всегда можно найти такую СО, в которой тело в изолированном пространстве остается в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения неограниченно долго (движется или покоится по инерции). В такой СО пространство является однородным и изотропным, а время - однородным. Такая СО называется инерциальной (ИСО). Утверждение о существовании ИСО является содержанием закона инерции (первого закона Ньютона). 1)

Конечно, ИСО могла оказаться одной единственной. Но, на самом деле, легко догадаться, что это не так. Ведь в СО входит составной частью система координат, с помощью которой измеряется положение точки в пространстве. Изменяя СК, мы меняем формально СО, но при этом свойства СО как инерциальной СО могут остаться неизменными, если все СК неподвижные.

Допустим, что мы исключим из рассмотрения возможность различной ориентации осей декартовой СК и в данный момент времени свяжем выбранную СК определенным образом с неподвижной системой (центр которой находится на Солнце, а оси направлены на далекие звезды). Будет ли такая СО единственной ИСО? Оказывается, нет. Инерциальными будут, например, все СО, оси которых в данный момент времени совпадают с осями выбранной ИСО и которые движутся равномерно и прямолинейно в произвольном направлении и с произвольной скоростью по отношению к выбранной ИСО. Т.о., имеется сколько угодно ИСО, движущихся друг относительно друга равномерно поступательно.

1в). Принцип относительности Галилея.

Опыт человечества, накопленный в результате изучения механического

Дата добавления: 2014-01-11