資源描述:
《慣性坐標(biāo)系與非慣性坐標(biāo)系》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、慣性坐標(biāo)系與非慣性坐標(biāo)系相對(duì)于慣性系作加速運(yùn)動(dòng)的參考系就是非慣性系。在非慣性系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不能適用的。慣性系:相對(duì)于地球靜止或作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體。非慣性系:相對(duì)地面慣性系做加速運(yùn)動(dòng)的物體。平動(dòng)加速系:相對(duì)于慣性系作變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),但是本身沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。例如:在平直軌道上加速運(yùn)動(dòng)的火車(chē)。轉(zhuǎn)動(dòng)參考系:相對(duì)慣性系轉(zhuǎn)動(dòng)的物體。例如:轉(zhuǎn)盤(pán)在水平面勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)于牛頓力學(xué)有關(guān)慣性系的概念,愛(ài)因斯坦有這樣的批評(píng):“古典力學(xué)想要說(shuō)明一個(gè)物體不受外力,必須證明它是慣性的,想要說(shuō)明一個(gè)物體是慣性的,有必須證明它不受外力?!睆亩噶诉壿嬔h(huán)的錯(cuò)誤。上面講話(huà)的意思是,古典力學(xué)要想知
2、道一個(gè)物體的受力狀態(tài),就要預(yù)先知道它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),而要想知道一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),就必須預(yù)先知道其受力狀態(tài),但由于古典力學(xué)無(wú)法預(yù)先確定兩者中的任何一個(gè),另一個(gè)也就同樣無(wú)法確定。不過(guò),這個(gè)批評(píng)很明顯地不符合事實(shí),因?yàn)檫@段話(huà)的前半部分雖然還看不出有什么錯(cuò)誤,牛頓正是由于行星繞太陽(yáng)的非慣性運(yùn)動(dòng),才判定各行星受到力的作用的,但后半段則是完全不顧事實(shí)的,在談?wù)撨@個(gè)問(wèn)題時(shí)應(yīng)以事實(shí)為根據(jù)??茖W(xué)的歷史告訴我們,在牛頓力學(xué)問(wèn)世以前,人類(lèi)早已對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)各大天體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有了基本了解,并建立了哥白尼系統(tǒng)的宇宙圖形。人們?nèi)〉萌绱说某删鸵揽康牟⒉皇橇W(xué)定律和力學(xué)實(shí)驗(yàn),而是長(zhǎng)期的天文觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。
3、人們是在對(duì)太陽(yáng)系內(nèi)各天體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已有了基本了解后才找到牛頓的力學(xué)定律的。所以“古典力學(xué)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的了解要取決于對(duì)天體受力狀態(tài)的了解”這個(gè)論斷是完全違背事實(shí)的。當(dāng)然,牛頓力學(xué)的建立使人們對(duì)天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有比較以前更為深刻的理解,但無(wú)論如何,天文觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)總是第一位的,而不是開(kāi)普勒三定律和牛頓定律創(chuàng)造了這些數(shù)據(jù)。牛頓力學(xué)問(wèn)世后,曾有人利用力學(xué)計(jì)算的方法預(yù)計(jì)了海王星的存在,似乎是先知道力學(xué)定律,然后才知道星體運(yùn)動(dòng)的。但是不能忘記,這些計(jì)算方法所依據(jù)的原理是從已知星體運(yùn)動(dòng)歸路總結(jié)出來(lái)的,所以總的來(lái)說(shuō),人們是先知道天體的受力狀態(tài)的。牛頓力學(xué)問(wèn)世后,人們有時(shí)也利用力學(xué)
4、實(shí)驗(yàn)的辦法作為研究天體運(yùn)動(dòng)的一種補(bǔ)充手段,例如用在地球表面上的柯氏力的辦法來(lái)證地球存在自轉(zhuǎn),但這只是地球自轉(zhuǎn)的許多證據(jù)的一種,它不能給出地球軌道要數(shù)的全部數(shù)據(jù),至于其它行星如何運(yùn)行,就更不能采用這個(gè)方法了。太陽(yáng)系內(nèi)各行星的軌道要數(shù)是老早確定了的,人們不僅已經(jīng)了解了這些行星的瞬時(shí)速度,而且了解它們的瞬時(shí)加速度,所以并不存在辨別這些行星是不是慣性系的困難,人們老早就知道它們是非慣性系,知道它們的經(jīng)向和橫向加速度,甚至水星近日點(diǎn)每100年約43"的額外進(jìn)動(dòng)量也已精確地測(cè)出。因此,牛頓力學(xué)并不存在判斷天體是否慣性系的困難或犯了邏輯循環(huán)的錯(cuò)誤。相對(duì)論者一再?gòu)?qiáng)調(diào)古典力學(xué)無(wú)法
5、了解天體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),目的顯然是為了否定絕對(duì)時(shí)空觀(guān)念及其有力支柱哥白尼系統(tǒng)。但他本人卻又常提起哥白尼系統(tǒng),應(yīng)用哥白尼系統(tǒng)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,豈非自相矛盾。也許相對(duì)論者會(huì)提出疑問(wèn),既然太陽(yáng)也繞銀河系中心轉(zhuǎn)動(dòng),而銀河系也不是不動(dòng)的,難道僅僅根據(jù)太陽(yáng)系內(nèi)各天體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就可以判斷其慣性的好壞?前文已經(jīng)說(shuō)明,運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不等價(jià)性來(lái)體現(xiàn)的。太陽(yáng)系的質(zhì)心(采用嚴(yán)格性差一點(diǎn)的習(xí)慣用語(yǔ),可以簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)太陽(yáng))和各行星運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差別是:太陽(yáng)只有繞銀心轉(zhuǎn)動(dòng)的牽連加速度,而各行星不僅有簡(jiǎn)練加速度,而且有相對(duì)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)加速度,所以考慮太陽(yáng)在銀河系內(nèi)的運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)依然慣性最好。事實(shí)上
6、,由于太陽(yáng)繞銀心運(yùn)動(dòng)的周期是2.5億年,距離銀心是27,000光年,向心和橫向加速度均極為微小??梢灶A(yù)計(jì),如果銀河系有繞總星系中心的運(yùn)動(dòng)的話(huà),慣性就更好了。所以,沿著這條道路,將會(huì)逐漸接近于找到一個(gè)絕對(duì)的慣性坐標(biāo)系(或靜止坐標(biāo)系),這個(gè)坐標(biāo)系就是我們所要尋找的絕對(duì)坐標(biāo)系。(從無(wú)限空間的概念來(lái)理解,絕對(duì)空間應(yīng)該是一個(gè)無(wú)中心點(diǎn)的靜止的框架。)所以,我們目前雖然還不能確定一個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)系,但應(yīng)該想它是存在的而且是可知的。相對(duì)論者對(duì)古典力學(xué)有關(guān)慣性系的概念進(jìn)行了批評(píng),但是,相對(duì)論又是如何定義慣性系的應(yīng)該是一個(gè)有興趣的問(wèn)題。相對(duì)論者有時(shí)采用一種和古典力學(xué)差不多的提法,就是:
7、“如果兩個(gè)參考系相對(duì)作等速運(yùn)動(dòng),若其中之一是慣性系,其余一個(gè)也是慣性系。”但是,我們知道,由于高等學(xué)校承認(rèn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的慣性系——絕對(duì)坐標(biāo)系的存在,這樣的定義是可以的,而在相對(duì)論沒(méi)有明確地提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的慣性系以前,這樣的定義就沒(méi)有什么實(shí)際意義。相對(duì)論者有時(shí)把兩個(gè)相對(duì)作等速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系含混地說(shuō)成是稈銹病,但這樣的定義只有宇宙間只存在兩個(gè)坐標(biāo)系才可能成立。如果存在甲、乙、丙三個(gè)坐標(biāo)系,甲相對(duì)乙作等速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),相對(duì)丙作非等速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),那么甲究竟是慣性系還是非慣性系?應(yīng)該指出,相對(duì)作等速運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)坐標(biāo)系,并不一定是慣性系。在伽利略作有名的斜塔落體實(shí)驗(yàn)時(shí),輕重兩物體同時(shí)落地,
8、相對(duì)速度和相對(duì)加速度均為