Василиса▶ Я жду вашего обращения. Что Вы хотите узнать?
Логотип

Инерциа́льная систе́ма отсчёта (ИСО) — система отсчёта , в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно , либо покоятся . Эквивалентной является следующая формулировка, удобная для использования в теоретической механике : «Инерциальной называется система отсчёта, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным , а время  — однородным ». Законы Ньютона , а также все остальные аксиомы динамики в классической механике формулируются по отношению к инерциальным системам отсчёта . В соответствии с сильным принципом эквивалентности сил гравитации и инертности , к инерциальным системам отсчёта также относятся надлежащим образом выбранные локально-инерциальные системы координат .

Термин «инерциальная система» ( нем.   Inertialsystem ) был предложен в 1885 году Людвигом Ланге и означал систему координат, в которой справедливы законы Ньютона . По замыслу Ланге, этот термин должен был заменить понятие абсолютного пространства , подвергнутого в этот период уничтожающей критике. С появлением теории относительности понятие было обобщено до «инерциальной системы отсчёта».

Свойства инерциальных систем отсчёта

Всякая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно, прямолинейно и без вращения, также является ИСО. Согласно принципу относительности , все ИСО равноправны, и все законы физики инвариантны относительно перехода из одной ИСО в другую . Это значит, что проявления законов физики в них выглядят одинаково, и записи этих законов имеют одинаковую форму в разных ИСО.

Предположение о существовании хотя бы одной ИСО в изотропном пространстве приводит к выводу о существовании бесконечного множества таких систем, движущихся друг относительно друга равномерно, прямолинейно и поступательно со всевозможными скоростями. Если ИСО существуют, то пространство будет однородным и изотропным, а время — однородным; согласно теореме Нётер , однородность пространства относительно сдвигов даст закон сохранения импульса , изотропность приведёт к сохранению момента импульса , а однородность времени — к сохранению энергии движущегося тела.

Если скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, могут принимать любые значения, связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Галилея .

В специальной теории относительности скорости относительного движения ИСО, реализуемых действительными телами, не могут превышать некоторой конечной скорости « c » (скорость распространения света в вакууме) и связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Лоренца .

Связь с реальными системами отсчёта

Абсолютно инерциальные системы представляют собой математическую абстракцию и в природе не существуют. Однако существуют системы отсчёта, в которых относительное ускорение достаточно удалённых друг от друга тел (измеренное по эффекту Доплера ) не превышает 10 −10 м/с², например, Международная небесная система координат в сочетании с Барицентрическим динамическим временем дают систему, относительные ускорения в которой не превышают 1,5⋅10 −10 м/с² (на уровне 1σ) . Точность экспериментов по анализу времени прихода импульсов от пульсаров, а вскоре — и астрометрических измерений, такова, что в ближайшее время должно быть измерено ускорение Солнечной системы при её движении в гравитационном поле Галактики, которое оценивается в м/с² .

С разной степенью точности и в зависимости от области использования инерциальными системами можно считать системы отсчёта, связанные с: Землёй , Солнцем , неподвижные относительно звёзд.

Геоцентрическая инерциальная система координат

Рис. 1

Применение Земли в качестве ИСО, несмотря на приближённый его характер, широко распространено в навигации . Инерциальная система координат, как часть ИСО строится по следующему алгоритму. В качестве точки O — начала координат выбирается центр земли в соответствии с принятой её моделью. Ось z совпадает с осью вращения земли. Оси x и y находятся в экваториальной плоскости. Следует заметить, что такая система не участвует во вращении Земли.

Примечания

  1. Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М. , 2005. — Т. I. Механика. — С. 71.
  2. «Система отсчёта называется инерциальной , если по отношению к ней любая свободная от взаимодействий с другими объектами Вселенной (изолированная) материальная точка движется равномерно и прямолинейно». Голубев Ю. Ф. Основы теоретической механики. — М. : МГУ , 2000. — С. 156. — 720 с. — ISBN 5-211-04244-1 .
  3. Ландау Л. Д. , Лифшиц Е. М. Механика. — Издание 5-е, стереотипное. — М. : Физматлит , 2004. — 224 с. — (« Теоретическая физика », том I). — ISBN 5-9221-0055-6 .
  4. Маркеев А. П. Теоретическая механика. — М. : ЧеРО, 1999. — С. 85. — 572 с.
  5. Вайнберг C. Гравитация и космология. — М.: Мир, 1975. — С. 81. — 696 с.
  6. Инерциальная система отсчёта // Казахстан. Национальная энциклопедия . — Алматы: Қазақ энциклопедиясы , 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .
  7. Большая российская энциклопедия  : [в 35 т.]  / гл. ред. Ю. С. Осипов . — М.  : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  8. Nadia L. Zakamska and Scott Tremaine. Constraints on the Acceleration of the Solar System from High-Precision Timing   (англ.)  // The Astronomical Journal. — 2005. — Vol. 130 . — P. 1939—1950 . — ISSN 1538-3881 .
  9. GAIA: Composition, Formation and Evolution of the Galaxy. Results of the Concept and Technology Study.

См. также

© 2014-2020 ЯВИКС - все права защищены.
Наши контакты/Карта ссылок