Принцип относительности Галилея
Согласно современным физическим представлениям, характер движения тела определяется его взаимодействием с другими телами.
Для того чтобы тело, находящееся в покое, изменило положение в пространстве, необходимо оказать на него некоторое воздействие. Поэтому логично утверждать, что без внешнего воздействия не может быть движения, и чем сильнее воздействие, тем больше скорость тела. Из повседневного опыта и непосредственных наблюдений видно: тележка которую перестают толкать, быстро останавливается на шероховатой дороге. Чем лучше смазаны оси колес и чем ровнее дорога, тем большее расстояние проходит тележка до остановки после прекращения воздействия. В идеализированном эксперименте, когда горизонтальная дорога абсолютно гладкая, то есть когда исключены все внешние воздействия, тележка будет катиться без остановки по инерции.
Аналогичный опыт можно провести с металлическим шаром, скатывающимся по наклонной плоскости (рис.1).
рис.1
Инерция – явление сохранения состояния движения или покоя по отношению к инерциальной системе отсчета без внешних воздействий.
Движение по инерции – движение тела происходящее при скомпенсированных внешних воздействиях.
Равномерное прямолинейное движение и состояние покоя физически эквивалентны в том смысле, что они существуют без внешнего воздействия. Кроме того движение и покой относительны и зависят от выбора системы отсчета.
Однако эквивалентность и взаимозаменяемость состояния покоя и равномерного прямолинейного движения возможны лишьв инерциальных системах отсчета, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.
Инерциальные системы отсчета – система отсчета, в которой тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если сумма внешних сил, действующих на тело равна нулю.
В гелиоцентрической системе отсчета все тела, не взаимодействующие с другими телами, либо покоятся относительно тела отсчета (Солнца), либо движутся равномерно и прямолинейно.
Если систему отсчета, связанную с Землей, можно рассматривать как инерциальную, то и системы отсчета, связанные с кораблём плывущим по прямой с постоянной скоростью, или с автобусом, движущимся равномерно и прямолинейно так же будут инерциальными. Но как только корабль или автобус начинают увеличивать (или уменьшать) свою скорость, связанные с ними системы отсчета перестают быть инерциальными.
Системы отсчета, в которых принцип инерции не выполняется, называют неинерциальными. При резком трогании с места автобуса пассажира отбрасывает назад, в сторону, противоположную направлению движения. Следовательно скорость пассажира относительно автобуса изменяется в отсутствие внешних сил, и система отсчета, связанная с автобусом, является не инерциальной.
Кинематические величины в различных инерциальных системах отсчета связывают преобразования Галилея:
Здесь–время наблюдения за телом в двух инерциальных системах отсчета; скорости тела в двух инерциальных системах отсчета; – скорость одной системы относительно другой; – перемещения в разных системах; – перемещение одной системы относительно другой.
Преобразования Галилея показывают, что время неизменно (инвариантно) в различных инерциальных системах отсчета.
При одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.
В этом состоит принцип относительности Галилея.
Согласно принципу относительности Галилея при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой вид математических формул, описывающих законы механики, не изменяется.
