Przeczytaj
Warto przeczytać
Zasada równoważności układów inercjalnych zwana jest również zasadą względności Galileusza. Mówi ona, że
we wszystkich układach inercjalnych zjawiska mechanicznezjawiska mechaniczne przebiegają tak samo.
Co to oznacza w praktyce?
Zjawiska mechaniczneZjawiska mechaniczne to zjawiska związane z ruchem ciał i siłami na nie działającymi. Można zaliczyć do nich m.in. ruch z ustaloną lub zmienną prędkością, deformacje (odkształcenia, zgniecenia) ciał lub też zagadnienia związane z równowagą i statyką.
Zgodnie z powyższą definicją, ograniczymy się do zjawisk zachodzących w układach inercjalnych (tj. takich, w których ciała poruszają się ze stałą, w szczególności równą zero, prędkością, jeśli nie działają żadne siły lub działające siły równoważą się).
W układach nieinercjalnych, tj. poruszających się z przyspieszeniem, zasada równoważności nie jest spełniona, gdyż efekty w nich występujące zależą od wielkości przyspieszenia.
Jeśli zatem analizujemy zjawiska w układach inercjalnych, to zasada równoważności mówi nam, że do ich opisu możemy wybrać dowolny układ inercjalny. W praktyce wybierać będziemy układ, w którym dane zjawisko będziemy w stanie opisać w najprostszy możliwy sposób.
Prostym przykładem takiego podejścia jest analiza ruchu dwóch samochodów, jadących z ustalonymi i takimi samymi prędkościami . Zewnętrzny obserwator w inercjalnym układzie odniesieniaukładzie odniesienia (np. pieszy stojący na chodniku) poda, że samochody poruszają się względem niego z prędkością . Jeśli jednak tę samą sytuację opiszemy w układzie odniesieniaukładzie odniesienia dowolnego z kierowców, wtedy prędkość jednego samochodu względem drugiego wynosi zero. Kierowcy względem siebie są w spoczynku, lecz obserwują za to, że świat zewnętrzny przesuwa się względem nich z prędkością (skierowaną w przeciwną stronę).
Matematycznie, zasada równoważności związana jest z tzw. transformacją Galileusza (zwaną też zasadą dodawania prędkości). Niech pociąg porusza się ze stałą prędkością . W środku biegnie pasażer; porusza się on ze stałą prędkością względem pociągu (Rys. 1.).
Wybierzmy do obserwacji tej sytuacji układ odniesieniaukład odniesienia związany z osobą stojącą nieruchomo na peronie. Ile wyniesie prędkość pasażera obserwowana w jej układzie odniesieniaukładzie odniesienia? Transformacja Galileusza mówi że:
Obserwator w układzie nazwanym przez nas „nieruchomym” widzi, że prędkość pasażera względem niego jest sumą wektorową prędkości pasażera i pociągu. Taki opis ruchu mógłby stać się bardziej skomplikowany, np. gdyby prędkości i miały różne kierunki. Z pomocą przychodzi nam jednak zasada równoważności: układ, z którego prowadzimy obserwację możemy wybrać dowolnie i uprościć w ten sposób opis. Jeśli np. zwiążemy układ odniesieniaukład odniesienia z jadącym pociągiem, to wtedy:
Gdy wybierzemy już układ odniesieniaukład odniesienia, w którym opis sytuacji jest najprostszy, możemy, dla prędkości wyznaczonej w tym układzie, skorzystać z równań kinematyki opisujących położenie i drogę przebyte przez ciało.
Słowniczek
(ang.: mechanics) jeden z podstawowych działów fizyki i techniki, obejmujący zagadnienia statyki, odkształceń i ruchu ciał, a także problematykę wzajemnego oddziaływania między ciałami. (z j. greckiego: mechané - ‘maszyna’)
(ang.: reference frame) ciało, względem którego prowadzona jest obserwacja otaczającego świata i zjawisk.