ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Абсолютное и относительное ускорения Абсолютная и относительная скорости из "Механика " Ниже В ЭТОЙ главе мы дадим более сложную формулировку второго закона Ньютона, применимую к системе отсчета, координатные оси которой неподвижно связаны с поверхностью Земли. Однако чтобы этот закон был верен в простой форме, описываемой уравнениями (1) или (2), мы должны подставлять в эти уравнения ускорение относительно такой системы отсчета, которая сама не имеет ускорения. [c.76] Такая система отсчета называется инерциальной или галилеевой. В системе отсчета, движущейся с укорением, т. е. не-инерциальной, сила F не равна Ми, где а — ускорение, наблюдаемое относительно неинерциальной системы. [c.76] Это совсем ничтожная величина. Из результатов наблюдений нам неизвестно, движется ли Солнце со значительно большим ускорением, чем эта величипг., а также неизвестно, имеет ли сам центр Галактики сколько-нибудь значительное ускорение. [c.77] а) Инерциалъная система отсчета—это такая система отсчета, относительно которой ускорение тела, подобного предмету I (на который не действуют силы), равно нулю, б) В частности, имеются такие ннерциальные системы отсчета, относительно которых предмет t остается неподвижным. [c.78] Силы в инерциальных системах отсчета (рис. 3.7—3.10). Галилей сформулировал закон, что тело, на которое не действуют силы, имеет постоянную ско рость ). Мы видели, что это утвер ждение верно только в инерциаль ной системе отсчета, — по существу оно содержит определение инерци альной системы. [c.79] Однако положение не безнадежно, так как мы знаем, что значение любой силы, действующей между двумя телами, должно довольно быстро уменьшаться по мере увеличения расстояния между этими телами. Если бы силы не уменьшались достаточно быстро с увеличением расстояний между взаимодействующими телами, то мы никогда не смогли бы изолировать взаимодействие двух тел от взаимодействий их со всеми другими телами во Вселенной. Значение всех известных сил, действующих между частицами, убывает по крайней мере не менее быстро, чем по закону обратных квадратов. Мы, как и всякое другое тело на Земле, испытываем притяжение главным образом к центру Земли и только в ничтожной степени — к ка-какой-либо удаленной части Вселенной. Если бы мы не опирались о пол, то получили бы ускорение 980 см/с по направлению к центру Земли. Менее сильно нас притягивает Солнце согласно уравнению (7) мы движемся с направленным к нему ускорением 0,6 см/с . Если разумно оценивать возможное ускорение, то следует ожидать, что на тело, значительно удаленное от всех других тел, вероятно, не будут действовать силы, и поэтому оно не будет иметь ускорения. Типичная звезда удалена от ближайших соседних небесных тел на расстояние не менее 10 см ), и поэтому следует ожидать, что она имеет лишь маленькое ускорение. Таким образом, мы пришли к утверждению, что с хорошей степенью приближения можно определить связанную с неподвижными звездами систему координат как удобную систему, не имеющую ускорения. [c.80] можно найти инерциальную систему отсчета, т. е. такую систему отсчета, в которой с очень большой точностью сила F равна Мъ.. Это много раз подтверждено на опыте. Мы установили, что в инерциальной системе отсчета все силы, действием которых объясняется движение галактик, звезд, атомов, электронов и т. д., обладают тем общим свойством, что величина силы, действующей на тело, обязательно уменьщается по мере того, как это тело удаляется все дальше и дальше от своих соседей. Мы увидим, что если избрать неинерциальную систему отсчета, то появятся кажущиеся силы, которые не обладают этим свойством, т. е. они не обусловлены присутствием других тел вблизи данного тела. [c.81] Ньютон образно сформулировал этот вопрос и свой ответ на йёго. Представим себе ведро с водой. Если мы будем вращать ведро вокруг вертикальной оси, неподвижной относительно звезд, то поверхность воды примет параболическую форму с этим все согласятся. Предположим, однако, что вместо вращения ведра мы каким-то образом привели звезды во вращение вокруг ведра, так что относительное движение осталось одно и то же. Ньютон считал, что если бы мы вращали звезды, то поверхность воды осталась бы плоской. Согласно этой точке зрения, существует абсолютное вращение и абсолютное ускорение. Из опыта мы не знаем, можно ли полностью описать и сопоставить с результатами локальных измерений в лаборатории все явления, происходящие с вращающимся ведром воды, никак не относя их к звездам. [c.82] Противоположная точка зрения о том, что имеет значение только ускорение относительно неподвижных звезд, представляет собой гипотезу, обычно называемую принципом Маха. Хотя не имеется ни экспериментального подтверждения, ни опровержения этой точки зрения, некоторые физики, включая Эйнщтейна, нашли, что этот принцип а priori представляет интерес. Другие физики придерживаются противоположного мнения. Этот вопрос имеет значение для теоретической космологии. [c.82] Если считать, что среднее движение всей остальной части Вселенной влияет на состояние любой одиночной частицы, то возникает целый ряд связанных с этим вопросов, и путей к ответу на них пока не видно. Имеются ли какие-либо другие взаимные связи между свойствами одиночной частицы и состоянием остальной части Вселенной Изменится ли заряд электрона или его масса или энергия взаимодействия между нуклонами ), если бы как-то изменились число частиц во Вселенной или плотность их распределения До настоящего времени нет ответа на этот глубокий вопрос о соотношении между далекой Вселенной и свойствами отдельных частиц. [c.82] Основные законы физики одинаково формулируются для всех систем отсчета, которые движутся с постоянной скоростью (г. е. без ускорения) относительно друг друга. [c.82] Согласно этому принципу, наблюдатель, находящийся в кабине без окон, не может экспериментально определить, покоится ли он или находится в равномерном прямолинейном движении относительно неподвижных звезд. Только смотря в окно и имея, таким образом, возможность сравнить свое движение с движением звезд, наблюдатель может сказать, что он находится относительно них в равномерном движении. Даже тогда он не мог бы решить, что движется он сам или звезды. Принцип относительности Галилея был одним из первых основных принципов физики. Он являлся основным для данной Ньютоном картины Вселенной. Этот принцип выдержал многократную экспериментальную проверку и служит сейчас одним из краеугольных камней для специальной теории относительности. Это настолько замечательная своей простотой гипотеза, что ее следовало бы серьезно рассматривать, даже если бы она не была так очевидна. Как мы увидим в гл. И, принцип относительности Галилея полностью согласуется со специальной теорией относительности. [c.83] Как мы можем применить этот принцип Утверждение, что абсолютная скорость не имеет смысла в физике, частично ограничивает форму и содержание всех физических законов, как известных, так и еще не открытых. Если этот принцип справедлив, то законы физики должны одинаково формулироваться для двух наблюдателей, движущихся с различными скоростями, но без относительного ускорения Предположим, что оба они наблюдают какое-то отдельное явление, например столкновение двух частиц. Из-за различия скоростей наблюдателей каждый из них дает описание наблюдаемого явления, отличающееся от описания, данного другим наблюдателем. На основании законов физики мы можем предсказать, как взаимодействуют эти частицы, каковы будут наблюдения одного наблюдателя и, наконец, как то же взаимодействие частиц представляется второму наблюдателю. [c.83] Таким образом, формулировка законов физики для второго наблюдателя может быть выведена из их формулировки для первого наблюдателя посредством двух различных способов рассуждения. Первый из них — это гипотеза, что обе формулировки одинаковы. Другой способ — мы можем сформулировать эти законы для второго наблюдателя, предсказав, каковы должны быть результаты его наблюдений над явлениями, которые были описаны с помощью законов физики, сформулированных для первого наблюдателя. Для всех известных нам физических законов оба способа дают одинаковые резуль таты. Мы начнем наш анализ с того, что установим некоторые эмпирические особенности характера описания одного и того же физического явления двумя наблюдателями, один из которых движется относительно другого с постоянной скоростью. [c.83] Вернуться к основной статье