Одним из важных законов механики, который позволяет точно описывать движение тел, несмотря на то, что понятие движения является относительным, является принцип относительности Галилея. Рассмотрим кратко суть этого принципа.
В частности, главное утверждение механики о том, что причиной ускорения является воздействие на тело со стороны других тел. Как выполняется это утверждение в разных Системах Отсчета ?
Данный вопрос волновал еще античных философов, и связан он с вопросом о движении Земли. Если Земля движется – то почему мы этого не замечаем? В самом деле, люди, движущиеся в повозке, как правило, замечают это.
Однако, уже средневековые ученые отмечали, что люди на повозке замечают движение лишь только по неравномерностям – по толчкам и тряске. Если же их нет (например, движение происходит на корабле в спокойной воде) – то отличить движение от покоя невозможно. Причина этого лежит в том, что корабль, плывущий по спокойной воде – является инерциальной Системой Отсчета.
Принцип относительности Галилея
Наиболее полно принцип относительности сформулировал Г. Галилей в трактате «Диалог о двух системах мира»:
Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее «как бы не существует» и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия. В современных терминах это означает, что все механические процессы во всех инерциальных Системах Отсчета происходят одинаково. Все формулы будут одинаковы.
Например, если измерять ускорение свободного падения на поверхности Земли и в движущей равномерно и прямолинейно лаборатории – то значение будет одинаковым. При этом не имеет значение направление движения – лаборатория может равномерно двигаться вверх или вниз, все равно изменение скорости падающих в ней предметов будет одинаковым (изменением гравитации с высотой пренебрежем).
Тоже самое произойдет с любыми другими механическими взаимодействиями. Например, если тело получает некоторый импульс с помощью пружины, то импульс будет совершенно одинаков как в покоящейся, так и в движущейся лаборатории. Измерение массы тел, уравновешивание весов – все это также будет происходить независимо от того, движется ли Система Отсчета, в которой это происходит, или нет.
Неинерциальные Системы Отсчета
Вернемся к вопросу «Почему люди замечают движение на повозке, а движение Земли нет?». Был приведен ответ, что люди замечают движение по неравномерностям. А неравномерности движения означают, что повозка в эти моменты движется с ускорением, и не является инерциальной.
При подъеме в лифте любой человек в первые моменты ощущает, что вес его тела «увеличился», а в последние моменты – что он на некоторое время «уменьшился». Если мы возьмем пружинные весы – они подтвердят, что вес предметов в первые моменты движения лифта увеличивается, а перед остановкой – уменьшается.
Казалось бы, это означает нарушение принципа относительности – ведь ясно, что масса человека не менялась. Однако, необходимо учесть, что принцип относительности применим для инерциальных систем отсчета, то есть для тех систем, которые движутся без ускорения.
Движущийся лифт в первые и последние моменты движения движется с ускорением, и он в это время не является инерциальной Системой Отсчета. Принцип относительности на него не распространяется.
Что мы узнали?
Механический принцип Относительности Галилея гласит, что все механические процессы в любых инерциальных Системах Отсчета происходит одинаково. Описание любого движения, любого взаимодействия тел в любой инерциальной Системе Отсчета даст одинаковые результаты, независимо от того, покоится ли эта Система или движется равномерно и прямолинейно.
