Принцип на относителността

Във физиката принципът на относителността е изискването уравненията, описващи законите на физиката, да са еднакви за всички отправни системи.

През 300 г. пр.н.е. гръцкият философ Аристотел смята, че тежките предмети падат по-бързо от нетежките. Естествената наука на Аристотел е най-популярна в западната мисъл в продължение на 2000 години.

През 1600 г. италианският астроном Галилео Галилей доказва, че всички обекти падат с едно и също ускорение. Следователно колкото по-дълго един обект се движи с постоянно ускорение, толкова по-голяма е крайната му скорост. Също така, ако различни предмети, всеки с различна маса, бъдат пуснати от покой (началната скорост е нула) на една и съща височина във вакуум, всички те ще паднат на земята с една и съща скорост, независимо от масата им. Експерименталните открития на Галилей и законите за движение, разработени математически от Нютон, дават началото на съвременната наука.

Принципът на относителността на Галилей гласи: "Невъзможно е с механични средства да се каже дали се движим или сме в покой". Ако два влака се движат с една и съща скорост в една и съща посока, то пътник в някой от тях няма да може да забележи, че някой от тях се движи. Ако обаче пътникът приеме фиксирана отправна система, неподвижна точка, като Земята, тогава той ще може да забележи движението на някой от двата влака. И още нещо, ако човек стои на земята, няма да може да забележи, че тя се движи.

Този принцип е взет само от наблюдение. Например, ако пътуваме със самолет с постоянна скорост, можем да преминем през вътрешността на самолета, без да забележим нищо особено.

От практическа гледна точка това означава, че законите на Нютон за движението са валидни за всички инерциални системи, т.е. за тези, които са в покой, или за тези, които се движат с постоянна скорост по отношение на системата, считана за покой. Това е законът за инерцията: тяло в покой продължава да е в покой, а тяло в движение продължава да се движи по права линия, освен ако не е повлияно от външна сила. Галилеевата координатна система е тази, в която законът за инерцията е валиден. Законите на механиката на Галилей и Нютон са валидни в галилеева координатна система. Ако K е галилеева координатна система, то всяка друга система K' е галилеева координатна система, ако се намира в покой или се движи по закона за инерцията спрямо K. По отношение на K' механичните закони на Галилей и Нютон са валидни, както и по отношение на K.

С други думи, ако маса m е в покой или се движи с постоянно ускорение (постоянното ускорение може да е равно на нула, в който случай скоростта ще остане постоянна) по права линия спрямо галилеева координатна система K, то тя ще бъде също в покой или ще се движи с постоянно ускорение по права линия спрямо втора координатна система K', при условие че законът за инерцията е валиден в система K' (с други думи, при условие че това е галилеева координатна система).

Следователно, ако искаме да наблюдаваме ефект в движеща се с постоянна скорост система, можем да приложим директно законите на Нютон. Ако движещата се система се ускори (или ние се ускорим спрямо нея, като например да гледаме звездите от Земята), тогава ще трябва да въведем въображаеми сили, за да компенсираме този ефект.

Тези фиктивни сили се наричат центробежна сила и сила на Кориолис.

Законите за движение на Нютон са механично точни за скорости, които са ниски в сравнение със скоростта на светлината. За скорости, които се доближават до скоростта на светлината, е необходимо да се приложат откритията на Специалната теория на относителността на Айнщайн.

За да опишат механично случващото се във Вселената, физиците използват маса, дължина и време. Във физиката на Галилей и Нютон тези величини остават едни и същи в цялата Вселена.

Със специалната теория на относителността на Айнщайн тези величини могат да се променят.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява принципът на относителността?

В: Кой пръв предложи този принцип?

В: Какво доказва Галилео Галилей?

В: Как откритията на Галилео дават началото на съвременната наука?

В: Какво означава, че два влака се движат с еднаква скорост в една и съща посока?

Въпрос: Как се прилагат законите на Нютон, когато скоростта се доближава до скоростта на светлината?

Търсене по буква