Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Teoria relativității » Cadre de referință și mișcarea în relativitatea specială

Cadre de referință și mișcarea în relativitatea specială

Sisteme de coordonate

Cadrele de referință joacă un rol crucial în teoria relativității. Termenul de referință utilizat aici este o perspectivă observațională în spațiu care nu suferă nicio schimbare în mișcare (accelerație), din care o poziție poate fi măsurată de-a lungul a 3 axe spațiale. În plus, un cadru de referință are capacitatea de a determina măsurători ale timpului evenimentelor utilizând un „ceas” (orice dispozitiv de referință cu periodicitate uniformă).

Un eveniment este o ocurență care poate fi atribuită unui singur timp unic și locație în spațiu față de un cadru de referință: este un „punct” în spațiu. Deoarece viteza luminii este constantă în relativitate în fiecare cadru de referință, impulsurile de lumină pot fi folosite pentru a măsura fără echivoc distanțele și pentru a reveni la momentele în care au apărut evenimentele ceasului, chiar dacă lumina necesită timp pentru a ajunge la ceas după ce evenimentul a apărut.

De exemplu, explozia unei petarde ar putea fi considerată un „eveniment”. Putem specifica complet un eveniment prin cele patru coordonate spațiu-timp: Timpul de apariție și locația sa spațială tridimensională definesc un punct de referință. Să numim acest cadru de referință S.

Un cadru de referință inerțial, în fizica clasică, este un cadru de referință în care corpurile, a căror forță netă care acționează asupra lor este zero, nu sunt accelerate; adică sunt în stare de repaus sau se mișcă cu o viteză constantă într-o linie dreaptă. În termeni analitici, este un cadru de referință care descrie timpul și spațiul omogen, izotrop și într-un mod independent de timp. Conceptual, în fizica clasică și relativitatea specială, fizica unui sistem într-un cadru inerțial nu are cauze externe sistemului. Un cadru inerțial de referință poate fi, de asemenea, numit un sistem de referință inerțial, cadru inerțial, cadru de referință galilean sau spațiu inerțial.

Toate cadrele inerțiale sunt într-o stare de mișcare constantă, rectilinie una față de cealaltă; un accelerometru care se mișcă cu oricare dintre ele ar detecta accelerația zero. Măsurătorile într-un cadru inerțial pot fi transformate în măsurători în altul printr-o transformare simplă (transformarea galileană în fizica newtoniană și transformarea lui Lorentz în relativitatea specială). În relativitatea generală, în orice regiune suficient de mică pentru ca curbura spațiului și forțele mareelor să fie neglijabile, se poate găsi un set de cadre inerțiale care descriu aproximativ acea regiune.

Într-un cadru de referință non-inerțial în fizica clasică și relativitatea specială, fizica unui sistem variază în funcție de accelerația acelui cadru în raport cu un cadru inerțial, iar forțele fizice obișnuite trebuie să fie completate de forțe fictive. Cadrele non-inerțiale în relativitatea generală nu au cauze externe, datorită principiului mișcării geodezice. În fizica clasică, de exemplu, o minge aruncată spre pământ nu merge exact în jos deoarece Pământul se rotește, ceea ce înseamnă că sistemul de referință al unui observator de pe Pământ nu este inerțial. Fizica trebuie să țină cont de efectul Coriolis – în acest caz gândit ca o forță – pentru a anticipa mișcarea orizontală. Un alt exemplu de forță fictivă asociată cu cadrele de referință rotative este efectul centrifugal sau forța centrifugală.

Teoria relativității speciale a lui Einstein, ca și mecanica newtoniană, presupune echivalența tuturor cadrelor de referință inerțiale, dar face o presupunere suplimentară, străină de mecanica newtoniană, și anume că lumina în vid este întotdeauna propagată cu viteza luminii c0, independent de direcția sa de propagare și de frecvența sa și, de asemenea, independent de starea de mișcare a corpului emițător. Această a doua ipoteză a fost verificată experimental și conduce la deduceri contra-intuitive incluzând:

dilatarea timpului (se deplasează mai încet ceasurile)

contracția lungimii (obiectele în mișcare sunt scurtate în direcția mișcării)

relativitatea simultaneității (evenimentele simultane într-un cadru de referință nu sunt simultane în toate cadrele care se mișcă în raport cu primul).

Aceste deduceri sunt consecințe logice ale ipotezelor declarate și sunt proprietăți generale ale spațiu-timpului, în mod obișnuit fără a se ține cont de proprietățile ce țin de structura obiectelor individuale, cum ar fi atomii sau stelele, nici de mecanismele ceasurilor.

Aceste efecte sunt exprimate matematic prin transformarea Lorentz, echivalentă cu transformarea Galilean în limita c0 → ∞ (un caz ipotetic) sau v → 0 (viteze mici).

Din această perspectivă, viteza luminii este numai din întâmplare o proprietate a luminii, și este mai degrabă o proprietate a spațiului, un factor de conversie între unitățile convenționale de timp (cum ar fi secundele) și unitățile de lungime (cum ar fi metrii).

De altfel, din cauza imposibilității vitezelor mai mari decât viteza luminii, observați că într-un cadru rotativ de referință (care este un cadru non-inerțial, desigur), staționarea nu este posibilă la distanțe arbitrare, deoarece pentru o rază mare obiectul se mișcă mai repede decât viteza luminii.

În teoria relativității, adesea dorim să calculam poziția unui punct dintr-un punct de referință diferit.

Să presupunem că avem un al doilea cadru de referință S’, a cărui axă spațială și ceas coincide exact cu cea a lui S la momentul zero, dar se mișcă la o viteză constantă v în raport cu S de-a lungul axei x.

Deoarece nu există un cadru de referință absolut în teoria relativității, conceptul de „mișcare” nu există strict, deoarece totul se mișcă întotdeauna față de un alt cadru de referință. În schimb, oricare două cadre care se mișcă cu aceeași viteză în aceeași direcție se spune că sunt comobile (sincrone). Prin urmare, S și S nu sunt comobile.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *