¿Qué es un sistema de referencia?

Desde una perspectiva cinemática, el sistema de referencia se puede elegir arbitrariamente. Para un problema cinemático específico, generalmente seleccionamos un marco de referencia según la conveniencia para simplificar el estudio del movimiento del objeto. Al estudiar el movimiento de los cuerpos celestes en la antigüedad, era natural utilizar la Tierra como sistema de referencia. La "teoría geocéntrica" ​​de Ptolomeo utilizó epiciclos y deferentes para explicar el movimiento de los planetas. Cuando Copérnico utilizó la "teoría heliocéntrica" ​​para explicar el movimiento de las filas, también utilizó el epiciclo y la rueda deferente. Desde un punto de vista cinemático, tanto la "teoría geocéntrica" ​​como la "teoría geocéntrica" ​​pueden describir igualmente bien el movimiento de los planetas. Pero desde la perspectiva del estudio de las causas dinámicas del movimiento planetario, la "teoría heliocéntrica" ​​abre el camino hacia la verdad. Sobre la base de la "teoría geocéntrica", Kepler transformó el movimiento circular de los planetas en movimiento elíptico, descartando así los epiciclos y los deferentes. Kepler también estableció las tres leyes del movimiento planetario basándose en observaciones y realizó importantes contribuciones. Newton reveló además los secretos de las tres leyes de Kepler, estableció la ley de la gravitación universal y resumió el concepto de "gravitación universal". Debemos tener en cuenta que desde la perspectiva de la cinemática, todos los sistemas de referencia son iguales. Al seleccionar un sistema de referencia, solo consideramos si es fácil de analizar y resolver el problema. Desde la perspectiva de la dinámica, los sistemas de referencia se dividen en dos tipos: sistemas de referencia inerciales y sistemas de referencia no inerciales. Las leyes dinámicas como la ley de Newton solo son válidas para los sistemas de referencia inerciales. Es necesario introducir las correspondientes correcciones de fuerza de inercia.

El movimiento mecánico de la partícula se manifiesta como la posición de la partícula cambiando con el tiempo. La posición de la partícula es relativa a un determinado sistema de referencia. El sistema de referencia se refiere a un objeto tridimensional no deformable (cuerpo rígido) o un grupo de objetos seleccionados como base para estudiar el movimiento del objeto como referencia. cuerpo Seleccione diferentes posiciones en el cuerpo de referencia. Las tres líneas que se cruzan en la superficie superior sirven como marco, además de un reloj conectado fijamente al cuerpo de referencia. Es decir, el sistema de referencia incluye el cuerpo de referencia, el marco y el reloj. Es habitual que nos refiramos al cuerpo de referencia como sistema de referencia para abreviar. Para describir cuantitativamente el movimiento de un objeto, también necesitamos establecer un sistema de coordenadas en el sistema de referencia. Las coordenadas cartesianas y las coordenadas polares son las dos formas de coordenadas más utilizadas.

Newton llamó sistema de referencia inercial al sistema de referencia que se mueve en línea recta a velocidad constante. En 1905, Einstein propuso en su artículo que todos los sistemas de referencia inerciales son equivalentes, es decir, todas las leyes físicas son igualmente aplicables y tienen la misma forma en los sistemas de referencia inerciales. El punto de vista de Einstein es correcto, porque la gente no puede utilizar ninguna ley física dentro de ningún marco de referencia inercial (es decir, sin referencia a objetos fuera del marco de referencia) para descubrir la diferencia entre este marco de referencia y un marco de referencia estacionario. Fue sobre la base de este entendimiento que Einstein estableció la teoría especial de la relatividad.

Entonces, ¿qué pasa si estamos en un sistema de referencia no inercial? El movimiento del sistema de referencia no inercial tiene una cierta aceleración, pero esta aceleración puede considerarse como un tipo de gravedad (es decir, gravedad). . Por ejemplo, cuando estamos en un ascensor, cuando el ascensor acelera hacia abajo o desacelera hacia arriba, sentiremos que nuestro cuerpo es un poco ligero y el peso parece reducirse. Cuando estamos en el ascensor, no miramos los objetos de referencia del exterior. No sabemos si el ascensor está acelerando o desacelerando. Solo sentimos que la gravedad está cambiando.