Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Warto przeczytać

Zasada równoważności układów inercjalnych zwana jest również zasadą względności Galileusza. Mówi ona, że

we wszystkich układach inercjalnych zjawiska mechaniczneMechanikazjawiska mechaniczne przebiegają tak samo.

Co to oznacza w praktyce?

Zjawiska mechaniczneMechanikaZjawiska 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 v. Zewnętrzny obserwator w inercjalnym układzie odniesieniaUkład odniesieniaukładzie odniesienia (np. pieszy stojący na chodniku) poda, że samochody poruszają się względem niego z prędkością v. Jeśli jednak tę samą sytuację opiszemy w układzie odniesieniaUkład 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 v (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 v2. W środku biegnie pasażer; porusza się on ze stałą prędkością v1 względem pociągu (Rys. 1.).

R1X8Iyc3b62eR
Rys. 1. W pociągu biegnie pasażer z prędkością v1. Niezależnie od tego pociąg jedzie z prędkością v2 względem peronu

Wybierzmy do obserwacji tej sytuacji układ odniesieniaUkład odniesieniaukład odniesienia związany z osobą stojącą nieruchomo na peronie. Ile wyniesie prędkość v pasażera obserwowana w jej układzie odniesieniaUkład odniesieniaukładzie odniesienia? Transformacja Galileusza mówi że:

v=v1+v2

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 v1v2 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 odniesieniaukład odniesienia z jadącym pociągiem, to wtedy:

v=v1

Gdy wybierzemy już układ odniesieniaUkład 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

Mechanika
Mechanika

(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’)

Układ odniesienia
Układ odniesienia

(ang.: reference frame) ciało, względem którego prowadzona jest obserwacja otaczającego świata i zjawisk.