Каково мое ускорение в моей собственной системе отсчета?

Это, я полагаю, не очень хороший вопрос, но я думаю, что упускаю что-то, что меня смущает в этом вопросе.

Итак, мой вопрос:

Скорость относительная. Итак, предположим, что автомобиль движется со скоростью 200 км/ч относительно инерциальной системы отсчета. В кадре его скорость 0 . Теперь предположим, что через какое-то время г т его скорость увеличивается на г в , т.е. имеет ускорение, скажем, а . Мы можем увеличить временной интервал, но проблема останется прежней. Итак, через некоторое время, скажем, его скорость становится 210 км/ч относительно той же инерциальной системы отсчета (ускорение постоянно и непрерывно), но тем не менее его скорость в своей собственной системе отсчета равна 0 . Так что его скорость в собственной системе отсчета не изменилась. Таким образом, в своей собственной системе отсчета (которая не является инерциальной) он не имеет ускорения.

Сейчас кто-нибудь из сидящих в машине скажет, что Вселенная ускорилась мимо него. Наблюдатель с инерциальной системой отсчета скажет, что автомобиль ускорился по отношению к нему. Это правда, что кто-то, сидящий в машине, почувствует рывок из-за ускорения. Но точно так же, как понятие относительной скорости и его результат, который констатирует тот факт, что никто в инерциальной системе отсчета не может сказать, движется ли он или окружающая среда. Точно так же ускоренный наблюдатель (хотя он чувствует рывок из-за ускорения) скажет, что Вселенная ускорилась перед ним. Так кто ускорился? Реально ли абсолютное ускорение. Возможно, я запутался в вопросе, особенно в последней строке, но это потому, что я сам запутался.

На самом деле мы говорим, что никакой инерциальной системы отсчета нет. Но даже для того, чтобы сказать это, нам нужно сравнить с какой-то базовой (инерциальной) системой отсчета, потому что система является инерциальной, когда она движется с постоянной скоростью относительно другой инерциальной системы отсчета. Так как же мы можем сказать, что нет никакой инерциальной системы отсчета? С какой рамой мы сравниваем? Я думаю, что просто сказать, что законы Ньютона недействительны, было бы недостаточно. Потому что, если вы находитесь в той же ускоряющей системе отсчета, в которой некоторые силы действуют на тело, как вы узнаете, что находитесь в неинерциальной системе отсчета?(забыв на время, что никаких инерциальных систем отсчета нет, и фактически пытаясь доказать именно этот факт). Возможно, система, с которой вы сравниваете, является ускоряющей, и вы можете быть инерциальным наблюдателем относительно какой-то еще неизвестной инерциальной системы отсчета. Извините, возможно, я перепутал последние несколько строк, но это потому, что я сам запутался. И не знаю точно, как мне сформулировать свой вопрос. Будет ли достаточно просто сказать, что закон Ньютона недействителен в системе отсчета, и не нужно будет проводить какое-либо сравнение?

Изменить В двух словах, я имею в виду, есть ли способ узнать, является ли кадр инерционным? С какой системой отсчета можно было бы сравнить ее, чтобы показать ее инерционность, поскольку разные наблюдатели могут измерять разные ускорения? Я имею в виду в конце со ссылкой на вопрос выше, кто ускорился. Это нормально, что наблюдения всех инерциальных наблюдателей верны, но правда в том, что не может быть никакого инерциального наблюдателя.

Как можно узнать, что система отсчета инерциальна? Гарантирует ли это только применение законов Ньютона, поскольку разные наблюдатели могут измерять разные ускорения?

Является ли это циклическим и, следовательно, неправильным способом найти инерциальную систему отсчета или это правильно?

Ускорение является абсолютным, поскольку нарушает кажущуюся симметрию. Вы можете определить, ускоряется ли ваша собственная система отсчета, выполняя эксперименты (например, выпуская мяч в воздух).
Вопрос в том, можете ли вы провести локальный эксперимент, например, заперевшись в коробке, и определить, ускоряетесь ли вы, и можете ли вы это сделать. Вы не можете сделать это, когда вы не ускоряетесь и постоянная скорость становится относительной. Другая проблема, о которой следует помнить, заключается в том, что эксперимент, который вы проводите внутри коробки, не может различать постоянное ускорение и силу тяжести, когда вы находитесь в гравитационном поле (не в свободном падении).
Актуально: первый раздел этой лекции.
Законы Ньютона справедливы только в инерциальных системах. Так всегда можно сказать, что вы не живете в инерциальной системе: законы Ньютона недействительны на поверхности Земли. Ближайшее обитаемое человеком место, где они (почти) действительны, находится на международной космической станции. Посмотрите видеоролики с МКС, чтобы узнать, как выглядит физика инерциальных систем.
Под «кадром» обычно подразумевается ортогональный кадр.
@WillO Да, но суть остается прежней
В классической механике инерциальная система четко определена только в непосредственной близости от тела. Не существует фиксированного правила выбора системы отсчета в качестве инерциальной. Что имеет значение, так это относительное ускорение и относительная скорость кадров. Вы можете выбрать любую систему отсчета как инерциальную и написать уравнения движения тела. Они принципиально остаются прежними.
Shashaank: « В двух словах я имею в виду, есть ли способ узнать, является ли кадр инерционным? » — Это действительно проницательный и лаконичный вопрос. Кстати, об этом уже спрашивали здесь (PSE/q/3191) во всей общности. (Кроме того, я хотел бы сослаться на ответ, который я отправил на этот вопрос .)
@ user12262 Спасибо! Я нашел ответы действительно полезными. Поскольку я только начал с общей теории относительности, вы дали мне много пищи для размышлений! Так что это действительно резонный вопрос, не так ли? Я думал, что только я ошибаюсь, и вопрос был довольно глупым!
На мой взгляд, в рамках классической механики в центре масс наблюдателя, где он покоится, ускорения проявляются как силы, и тогда можно определить свою систему покоя как инерционную с действующими на нее силами. См . en.wikipedia.org/wiki/Rotating_wheel_space_station .
@annav Но ответ ниже связывает вопрос с GR
Существует преемственность в рамках в физике. Классическая механика смешивается со специальной механикой относительности в соответствующих величинах скорости и т. д., а общая теория относительности — в соответствующих массах и т. д. Я просто привел элементарный оригинальный пример.

Ответы (1)

Это отличный вопрос, который гораздо тоньше, чем кажется на первый взгляд.

При первом (или даже втором) чтении вы, кажется, отвечаете на свой вопрос, а затем игнорируете свой собственный ответ!

Я имею в виду, что вы ясно понимаете, что при ускорении транспортного средства вы испытываете «рывок», которого не бывает при равномерном движении, и вы также признаете, что система покоя автомобиля не является инерционной.

Для опытного физика это уже отвечает на вопрос, почему мы объявляем ускорение абсолютным, а вас это не удовлетворяет. Почему? Потому что (как я понял при третьем чтении) ваш вопрос более интересен, чем этот...

Вам все равно, находитесь ли вы в инерциальной системе отсчета или нет. В вашей системе отсчета у вас есть возможность и естественное право измерять собственные ускорения, и кто такие физики, чтобы говорить вам, что ваши ответы в чем-то неверны! Инерциальная система отсчета или нет, но разные системы могут давать разные ускорения, и поэтому ускорение относительно , верно?

Ну, угадайте что? Я слышу тебя, брат! Вы абсолютно правы, и физикам нужно говорить яснее.

Назовем кинематическую величину (положение, скорость, ускорение или любые более высокие производные) относительной величиной, если ее значение измеряется в произвольных координатах системы отсчета. Итак, у нас есть относительное положение, относительная скорость, относительное ускорение и т. д.

Величина, называемая Абсолютным Ускорением (которую мы обычно сокращаем до просто «Ускорение»), вводится как дополнительная величина к относительным величинам, и по очень веской причине я доберусь до нее. Ваше «относительное ускорение» все еще существует, и да, вы имеете полное право его использовать, но вы также должны знать гораздо более интересную и фундаментальную величину.

Видите ли, хотя у меня нет экспериментальных оснований для обоснования концепции абсолютного положения или абсолютной скорости (т. е. у них нет отличительных признаков), я могу указать на эмпирическое обоснование конкретного ускорения.

В частности, если я определяю Абсолютное Ускорение как Относительное Ускорение, измеренное в любой инерциальной системе отсчета (кстати, все они согласятся с этим измерением), то по какой-то загадочной причине законы Ньютона будут работать!

В частности, тело, достаточно изолированное от всех воздействий, будет иметь нулевое ускорение. Когда другие объекты находятся поблизости, ускорения можно объяснить четко определенными законами силы, которые «имеют смысл» с учетом природы окружающей среды. В частности, силы приходят парами (согласно третьему закону), а не возникают из ниоткуда.

Но эта замечательная схема работает таким образом только в том случае, если мы выбираем измерение ускорений относительно инерциальных систем отсчета, поэтому мы объявляем эти ускорения «истинными» или «абсолютными», даже если эти прилагательные не так очевидны, как хотели бы физики. нам верить.

Это многое отвечает на ваш вопрос, но следующий бит тоже стоит знать...

Когда вы используете структуру пространства-времени, а не пространство + время, понятия положения, скорости и ускорения исчезают, и вы получаете более удовлетворительный геометрический способ думать обо всем этом. По сути, пространство-время отличает прямые линии от изогнутых, при этом прямые линии соответствуют равномерному/инерционному движению, а изогнутые линии соответствуют неинерционному/ускоренному движению.

Есть простые эксперименты, которые вы можете провести, чтобы определить, следуете ли вы по прямой или по кривой линии в пространстве-времени. Если вы испытываете «рывок», например, вы находитесь на кривой линии.

Как вы думаете, должны ли мы пропустить ньютоновскую механику и сразу перейти к общей теории относительности при обучении механике?
@PeterR Определенно нет. Почти никто не смог бы справиться с таким уровнем абстракции и математической сложности. Вместо этого я считаю, что ньютоновскую механику следует преподавать более современным способом, открывающим доступ к теории относительности (например, акцентируя внимание на геометрической структуре принятой Ньютоном модели абсолютного пространства-времени, вместо того, чтобы начинать с инерциальных систем отсчета, которые являются просто особыми координатами ньютоновского пространства-времени). ). Это обеспечивает прекрасную ступеньку к относительности.
@PhysicsFootnotes, ТАК, по вашему мнению, абсолютное ускорение реально. Можете ли вы объяснить противоречие, возникающее, когда наблюдатель в ускоренной системе отсчета (автомобиль) говорит, что Вселенная ускорилась мимо него, а наблюдатель в инерциальной системе говорит, что автомобиль ускорился. Я понимаю, что мы выбрали абсолютное ускорение как ускорение относительно инерциальной системы отсчета. Но на самом деле во Вселенной не существует инерциальной системы отсчета.
@Shashaank Больше хороших моментов! Единственное противоречие здесь с нашим интуитивным ожиданием. Естественно думать (как это делал Эйнштейн), что ускорение так же относительно, как и скорость. Однако общая теория относительности предсказывает, что если вы проведете эксперимент на ракете, которая ускоряется относительно окружающих звезд, вы получите другой результат, чем если бы звезды имели противоположное ускорение, в то время как ракета движется по инерции. Это не то, что вы можете догадаться — это эмпирический вопрос о Вселенной. Эйнштейн ошибся в своей первоначальной догадке, хотя его теория оправдывает ее!
@Shashaank Кроме того, вам не нужно измерять «истинное» ускорение относительно инерциальной системы отсчета. Это просто удобство. Истинное ускорение измеряется как отклонение от геодезической в ​​пространственно-временном многообразии, и это измерение одинаково во всех системах координат. Я просто не сказал этого так, потому что я не был уверен, хотите ли вы услышать о пространственно-временных многообразиях на данном этапе, но именно здесь находится наиболее удовлетворительное объяснение, которое у нас есть.
@PhysicsFootnotes Это огромный багаж знаний. Вы дали отличное понимание. Я только начинаю изучать общую теорию относительности (укрепляю свой математический опыт с помощью тензоров). Итак, в соответствии с общей теорией относительности (как вы упомянули) экспериментальный результат будет другим в ракете и в системе звезд, которые имеют противоположное ускорение (что, по нашему мнению, на самом деле имеет место в ракете). ошибался ли Эйнштейн, но его теория была верна.
@PhysicsFootnotes Далее Если я останусь только в сфере ньютоновской механики, то каждый ускоряющийся наблюдатель будет записывать разные результаты эксперимента (выполненного в кадре «а», скажем, приложение различных сил к телу). Таким образом, каждый ускоряющийся наблюдатель скажет, что на тело действуют разные силы (из-за разных ускорений, наблюдаемых разными ускоряющими наблюдателями). Но поскольку во Вселенной нет инерциальной системы отсчета, то каждый наблюдатель прав. Так что же такое реальность? Какие силы действуют, а какие нет? Какие силы реальны?
@PhysicsFootnotes И как мы собираемся решать проблему? Как мы скажем, какие силы действуют, а какие нет? Один наблюдатель скажет, что действует эта сила, а другой может сказать, что действует не «эта» сила, а действует «та» сила. Так какая сила действует? Поскольку нет инерциальных систем отсчета, у меня такое чувство, что вся ньютоновская механика (которая в основном основана на инерциальных системах отсчета) неверна. У каждого наблюдателя будут разные результаты. Так как же Законы останутся прежними?
@PhysicsFootnotes Это так сбивает с толку. У меня есть вопрос, и когда я начинаю его писать и пока я его пишу, я путаюсь в вопросе, что я как бы не в состоянии его правильно выразить.
Каково мое ускорение в моей собственной системе отсчета?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v