صفحة 1
يُطلق على الجسم المرجعي، مع مجموعة أدوات قياس الوقت والمسافات، اسم النظام المرجعي.
يشكل الجسم المرجعي ونظام الإحداثيات المرتبط به وجهاز قياس الوقت (الساعة) نظامًا مرجعيًا. IMiMgl كما يسمى طول المسار المقطوع.
يشكل الجسم المرجعي مع الساعة الموضوعة عليه نظامًا مرجعيًا.
الجسم المرجعي هو جسم يُنظر إليه تقليديًا على أنه بلا حراك.
يعتبر الجسم المرجعي الذي يرتبط به نظام إحداثي أو آخر ثابتًا بشكل تقليدي ويتم دراسة حركة الأجسام الأخرى المتعلقة به. على سبيل المثال، بالنظر إلى كرة مستلقية على طاولة، يمكنك أن تأخذ الطاولة أو جدران الغرفة كجسم مرجعي. في الواقع، تشارك الطاولة والغرفة في الدوران اليومي للأرض حول محورها، ومع الأرض في الحركة السنوية في مدار مغلق حول الشمس. وبالتالي، فإن ما إذا كان جسم معين يتحرك أو يكون في حالة سكون يتحدد فقط من خلال الجسم المرجعي الذي يتم النظر في حركته بالنسبة إليه.
هناك عدد كبير جدًا من الهيئات المرجعية، أو أنظمة الإحداثيات: يمكن وصف الحركة بالنسبة لأي شيء. ومع ذلك، فقد حدد الفيزيائيون منذ فترة طويلة الأجسام المرجعية التي تتحرك بالقصور الذاتي كفئة خاصة. يطلق عليهم ذلك - أنظمة الإحداثيات بالقصور الذاتي أو الجليل.
يمكن أن تكون الهيئات المرجعية الأرض والشمس والنجوم وغيرها من الهيئات. ويعتمد وصف حركة الجسم على اختيار الجسم المرجعي. على سبيل المثال، يكون الراكب الذي يجلس في عربة قطار متحرك في حالة سكون إذا تم اختيار جدار العربة ليكون بمثابة الجسم المرجعي. إذا كانت الهيئة المرجعية هي مبنى المحطة، فإن الراكب سيكون في حالة حركة بالنسبة إليه. لا توجد أجسام ثابتة في الطبيعة. الجسم الساكن بالنسبة لبعض الأجسام يتحرك بالنسبة للأجسام الأخرى. السلام المطلق غير موجود في الطبيعة. إن الحركة الميكانيكية للجسم، مثل حالة السكون، نسبية.
الجسم المرجعي هو الجسم (نظام الأجسام) الذي يتم من خلاله تحديد موضع الجسم الذي يهمنا في الفضاء.
إذا كان الجسم المرجعي يدور بشكل منتظم، فلن تكون هناك حاجة إلى قوى خارجية للحفاظ على هذه الحركة ويمكن اعتبار النظام مغلقًا. ومع ذلك، فإن الأجسام الموجودة هناك تواجه (من وجهة نظر مراقب في NISO) عمل قوى القصور الذاتي الطاردة المركزية إذا كانت ثابتة بالنسبة للإطار المرجعي.
دعونا نربط الجسم المرجعي بالأرض، ونوجه المحور الإحداثي نحو الأسفل.
نختار الهيئة المرجعية التي سننظر في الحركة بالنسبة لها.
لنأخذ الراكب كجسم مرجعي، ونوجه محور الإحداثيات على طول حركة القطار القادم.
يشكل مجمل الجسم المرجعي والإحداثيات المرتبطة به والساعات المتزامنة مع بعضها البعض ما يسمى بالنظام المرجعي. يعتبر مفهوم الإطار المرجعي أمرًا أساسيًا في الفيزياء. لا يمكن وصف الحركة الزمانية المكانية باستخدام المسافات والفواصل الزمنية إلا عند اختيار نظام مرجعي محدد.
يمكن ربط أي نظام إحداثي بجسم مرجعي؛ يتم استخدام النظام المستطيل (الديكارتي) في أغلب الأحيان. يسمى الجسم المادي، الذي يمكن تجاهل حجمه وبنيته الداخلية عند دراسة حركته، بالنقطة المادية.
رياضيًا، يتم وصف حركة الجسم (أو نقطة مادية) فيما يتعلق بإطار مرجعي مختار بواسطة معادلات تحدد كيفية تغيره بمرور الوقت رالإحداثيات التي تحدد موضع الجسم (النقطة) في هذا النظام المرجعي. تسمى هذه المعادلات معادلات الحركة. على سبيل المثال، في الإحداثيات الديكارتية x، y، z، يتم تحديد حركة النقطة بواسطة المعادلات، ، ، .
في الفيزياء الحديثة، أي حركة هي حركة نسبية، ويجب النظر إلى حركة الجسم فقط فيما يتعلق بجسم آخر (جسم مرجعي) أو نظام من الأجسام. من المستحيل الإشارة، على سبيل المثال، إلى كيفية تحرك القمر بشكل عام، يمكنك فقط تحديد حركته، على سبيل المثال، فيما يتعلق بالأرض والشمس والنجوم وما إلى ذلك.
تعريفات أخرى
في بعض الأحيان - وخاصة في ميكانيكا الاستمرارية و النظرية العامةالنسبية - لا يرتبط النظام المرجعي بجسم واحد، بل بسلسلة متواصلة من الأجسام الحقيقية أو الخيالية أساسيالهيئات المرجعية، والتي تحدد أيضًا نظام الإحداثيات. الخطوط العالمية للأجسام المرجعية "تمسح" الزمكان، وفي هذه الحالة تحدد تطابقًا يمكن من خلاله النظر في نتائج القياسات.
نسبية الحركة
النسبية للحركة الميكانيكية- هذا هو اعتماد مسار حركة الجسم والمسافة المقطوعة والإزاحة والسرعة على اختيار النظام المرجعي.
تغير الأجسام المتحركة موقعها بالنسبة للأجسام الأخرى. يتغير موقع السيارة المسرعة على طول الطريق السريع بالنسبة إلى العلامات الموجودة على أعمدة الكيلومتر، ويتغير موقع السفينة المبحرة في البحر بالقرب من الشاطئ بالنسبة إلى الخط الساحلي، ويمكن الحكم على حركة طائرة تحلق فوق الأرض من خلال تغيرات في موقعه بالنسبة لسطح الأرض. الحركة الميكانيكية هي عملية تغيير الوضع النسبي للأجسام في الفضاء مع مرور الوقت. يمكن إثبات أن نفس الجسم يمكن أن يتحرك بشكل مختلف بالنسبة للأجسام الأخرى.
ومن ثم، لا يمكن القول بأن جسمًا ما يتحرك إلا عندما يكون واضحًا بالنسبة إلى الجسم الآخر - الجسم المرجعي - الذي تغير موضعه.
الإطار المرجعي المطلق
في كثير من الأحيان في الفيزياء، يعتبر نظام مرجعي معين هو الأكثر ملاءمة (متميزًا) في إطار حل مشكلة معينة - ويتم تحديد ذلك من خلال بساطة الحسابات أو تسجيل المعادلات لديناميات الأجسام والمجالات الموجودة فيها. عادةً ما يرتبط هذا الاحتمال بتناظر المشكلة.
ومن ناحية أخرى، كان يُعتقد سابقًا أن هناك نظامًا مرجعيًا «أساسيًا» معينًا، وهو بساطة تسجيل قوانين الطبيعة التي تميزه عن سائر الأنظمة الأخرى. على سبيل المثال، علماء الفيزياء في القرن التاسع عشر. يعتقد أن النظام الذي يعتمد عليه الأثير في الديناميكا الكهربائية لماكسويل هو نظام مميز، ولذلك أطلق عليه اسم النظام المرجعي المطلق (AFR). في الأفكار الحديثةلا يوجد أي نظام مرجعي تم تحديده بهذه الطريقة بالذات، لأن قوانين الطبيعة، المعبر عنها في شكل موتر، لها نفس الشكل في جميع الأنظمة المرجعية - أي في جميع نقاط المكان وفي جميع لحظات الزمن. هذا الشرط -الثبات المكاني-الزماني المحلي- هو أحد أسس الفيزياء التي يمكن التحقق منها.
أنظر أيضا
ملحوظات
مؤسسة ويكيميديا. 2010.
تعرف على "النظام المرجعي" في القواميس الأخرى:
الإطار المرجعي- مجموعة من نظام غير متغير بشكل مشروط من الأجسام الحقيقية أو المجردة التي ترتبط بها (انظر)، وساعة ثابتة في نظام إحداثي معين. مثل هذا النظام يجعل من الممكن تحديد وضعية أو حركة الجسم قيد الدراسة بالنسبة له (ملايين... ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة
الإطار المرجعي- - [أ.س. غولدبرغ. قاموس الطاقة الإنجليزي الروسي. 2006] موضوعات الطاقة بشكل عام النظام المرجعي EN ... دليل المترجم الفني
في الميكانيكا، مجموعة من أنظمة الإحداثيات والساعات المرتبطة بجسم ما، والتي يتم من خلالها دراسة حركة (أو توازن) بعض النقاط أو الأجسام المادية الأخرى. أي حركة هي نسبية، وحركة الجسم... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى
الإطار المرجعي- حالة نظام atskaitos T sritis fizika atitikmenys: engl. الإطار المرجعي؛ النظام المرجعي vok. Bezugssystem، ن روس. الإطار المرجعي، و prank. نظام المرجعية، م … نهاية المطاف في نهاية المطاف
الإطار المرجعي- نظام إحداثي مرتبط بجسم صلب (أجسام) بالنسبة لموقع الأجسام الأخرى (أو الأنظمة الميكانيكية) في أوقات مختلفة... المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية
في الميكانيكا، مجموعة من أنظمة الإحداثيات والساعات المتزامنة المرتبطة بجسم يتم من خلاله دراسة حركة (أو توازن) بعض النقاط أو الأجسام المادية الأخرى. في المسائل الديناميكية، يلعب الدور المهيمن بواسطة... ... القاموس الموسوعي
جسم صلب حقيقي أو وهمي، يرتبط به نظام إحداثيات، مزود بساعة ويستخدم لتحديد موضع الأجسام المادية قيد الدراسة في الفضاء. الأشياء (الجزيئات والأجسام وغيرها) بأنواعها المختلفة. لحظات من زمن. في كثير من الأحيان تحت S. o. يفهم... ... قاموس البوليتكنيك الموسوعي الكبير
في الميكانيكا، مجموعة من أنظمة الإحداثيات والتزامن. الساعات المرتبطة بالجسم، فيما يتعلق بالروم، تتم دراسة حركة (أو توازن) k.n. نقاط أو أجسام مادية أخرى. في مشاكل الديناميكيات، يلعب الدور المهيمن بالقصور الذاتي... ... علم الطبيعة. القاموس الموسوعي
الإطار المرجعي- - السياق الخارجي الذي يحدث فيه حدث معين، وبالتالي يتم تفسيره أو تقييمه. على سبيل المثال، يمكن أن يكون مثل هذا السياق موقفًا اجتماعيًا يتصرف فيه الفرد: في موقف واحد... ... القاموس الموسوعي لعلم النفس والتربية
النظام المرجعي بالقصور الذاتي- نظام مرجعي يكون فيه قانون القصور الذاتي صالحًا: النقطة المادية، عندما لا تؤثر عليها أي قوى (أو تؤثر عليها قوى متوازنة بشكل متبادل)، تكون في حالة سكون أو حركة خطية موحدة. أي نظام.... مفاهيم العلوم الطبيعية الحديثة. معجم المصطلحات الأساسية
وبما أننا نتحدث عن قياس المسافات والزمن واخترنا الوحدات المناسبة (الأمتار، الثواني)، فيجب أن نتفق على ما نحدد به هذه المسافات المكانية والزمانية. لا يمكن تحديد موضع الجسم إلا بالنسبة لبعض الأجسام الأخرى. لا يمكننا التحدث عن حركة الجسم، أي عن التغيير في موضعه، إلا إذا أشرنا إلى الأجسام التي يتم تحديد هذا الموضع فيما يتعلق بها.
تسمى الأجسام التي يتم اختيارها لتحديد مواضع جميع الكائنات الأخرى الهيئات المرجعية.
كهيئة مرجعية، يمكنك اختيار تعسفي صلبعلى سبيل المثال، ثلاثة قضبان فولاذية متعامدة بشكل متبادل (الشكل 1). 1.10 ). بعد ذلك، يتم تحديد نقطة على الجسم المرجعي، تسمى أصل المرجع 0 وحدد وحدات قياس المسافات (في SI - متر).
أرز. 1.10. هيئة مرجعية
في الممارسة اليومية، الجسم المرجعي الطبيعي هو أرضنا. لكن هذا الاختيار ليس الخيار الوحيد الممكن. غالبًا ما يكون من المناسب استخدام هيئات مرجعية أخرى، مثل الشمس أو النجوم. تجاه أجسام مختلفةعد نفس الكائنات جعل حركات مختلفة. ويكفي التذكير بالخلاف حول نظامين فلكيين - بطليموسو كوبرنيكوس. كلا النظامين صحيحوهم يختلفون، في الجوهر، فقط في اختيار الهيئات المرجعية، وقد أدى اختيار كوبرنيكوس للشمس إلى تبسيط وصف حركة الكواكب بشكل جذري، وهذا هو بالضبط ما تكمن ميزته: في العصور الوسطى، كانت هناك حاجة إلى شجاعة كبيرة لتحليل حركة الكواكب. فاختر الشمس، وليس الأرض، كجسم مرجعي، فكان من الممكن الوصول إلى النار.
بعد اختيار الجسم المرجعي، يتم تحديد موضع النقطة مفي الفضاء يمكن تحديده باستخدام مقطع موجه (ناقل نصف القطر) يربط الأصل 0 مع نقطة معينة م. لكن المتجه هو مفهوم رياضي مجرد، وهو مليء بالمعنى المادي عندما نقدم نظام الإحداثيات. يمكن أن يكون هذا نظامًا ديكارتيًا مستطيلًا - ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل، يتم دمج نقطة تقاطعها مع الأصل. في هذه الحالة، يتم إعطاء ناقل نصف القطر من خلال ثلاثة إسقاطات لنقطة معينة معلى محاور الإحداثيات، والتي تسمى مركبات المتجه. يمكن أن يكون هذا نظامًا كرويًا أو أسطوانيًا أو أي نظام إحداثيات آخر، حيث سيتم تحديد نفس متجه نصف القطر بثلاثة أرقام أخرى. الرقم ثلاثة هو بُعد الفضاء، أي عدد الإحداثيات المستقلة اللازمة لتحديد موضع نقطة ما. لتحديد إحداثيات نقطة ما، تحتاج إلى جهاز لتحديد المسافات، والذي سنسميه تقليديًا مسطرة. في الواقع، يمكن أن تكون مسطرة مدرسية خشبية أو جهاز تحديد المدى بالليزر أو أي شيء آخر قادر على قياس المسافات بالدقة المطلوبة.
فيديو 1.1. نظام الإحداثيات ديكارت
لحساب الوقت نحتاج إلى بعض العمليات الدوريةتحدث في الطبيعة أو في أجهزة من صنع الإنسان. سوف نسمي مثل هذه العمليات (الأجهزة التي بها مثل هذه العمليات) بالساعات. عند حل أي مشكلة، من الضروري الاتفاق على اختيار نقطة البداية للوقت. يتم اختيار بداية حساب الوقت بشكل تعسفي: يمكنك حساب الوقت من خلق العالم، أو من تأسيس روما، أو من ميلاد المسيح، أو من هروب محمد من مكة، وما إلى ذلك. كما هو الحال دائمًا عمليًا ، فإن تعسف الاختيار يؤدي إلى حقيقة أنه يمكن تنفيذ الاختيار بنجاح، أو بنجاح أقل، أو دون جدوى على الإطلاق. يتم تحديد النجاح أو الفشل من خلال مدى بساطة حل المشكلة قيد النظر ومرئيته وشفافيته. على عكس الفضاء ثلاثي الأبعاد، فإن الوقت أحادي البعد، لذلك بالإضافة إلى أصل الوقت، يكفي تحديد وحدات القياس فقط (الثواني).
ولحساب الوقت نحتاج إلى بعض العمليات الدورية التي تحدث في الطبيعة أو في الأجهزة التي صنعها الإنسان. سوف نسمي هذه العمليات (الأجهزة التي بها مثل هذه العمليات) لساعات. عند حل أي مشكلة، من الضروري الاتفاق على اختيار نقطة البداية للوقت. يتم اختيار بداية حساب الوقت بشكل تعسفي: يمكنك حساب الوقت من خلق العالم، أو من تأسيس روما، أو من ميلاد المسيح، أو من هروب محمد من مكة، إلخ. كما هو الحال دائمًا عمليًا، يؤدي تعسف الاختيار إلى حقيقة أن الاختيار يمكن أن يتم بنجاح، أو أقل نجاحًا، أو دون جدوى على الإطلاق. يتم تحديد النجاح أو الفشل من خلال مدى بساطة حل المشكلة قيد النظر ومرئيته وشفافيته. على عكس الفضاء ثلاثي الأبعاد، فإن الوقت أحادي البعد، لذلك بالإضافة إلى أصل الوقت، يكفي تحديد وحدات القياس فقط (الثواني).
يسمى الجسم المرجعي المجهز بنظام إحداثيات وساعة نظام مرجعي..
يظهر مثال على النظام المرجعي في الشكل. 1.11.
أرز. 1.11. نظام مرجعي
غالبًا ما يتم تعريف النظام المرجعي بنظام الإحداثيات، وهو ما لا يؤدي أبدًا إلى سوء الفهم. ومع ذلك، يجب أن نفهم أن هذا ليس هو نفسه: مع نفس الجسم المرجعي والمسطرة والساعة، يمكن أن يكون نظام الإحداثيات ديكارتيًا أو كرويًا أو أي نظام آخر.
في الميكانيكا الكلاسيكية، والتي صيغت في الشكل الحديث أنا نيوتن , مفترضالطبيعة المطلقة للمكان والزمان. بمعنى آخر، يُعتقد في الميكانيكا الكلاسيكية أن المسافات والفترات الزمنية المقاسة لا تعتمد على اختيار النظام المرجعي. لنفترض، إذا كانت المسافة من موسكو إلى تالين في الإطار المرجعي المرتبط بالأرض 860 كمفمن المفترض أن نفس الشيء سيكون نتيجة القياسات التي يتم إجراؤها فيما يتعلق بالنظام المرجعي المرتبط بالنجوم. هذه الأحكام، التي تبدو طبيعية جدًا، تتبع، بالمعنى الدقيق للكلمة، فقط من منطقتنا خبرة عملية، محدودة نسبيا مسافات قصيرة، في بعض الأحيان وبسرعات منخفضة. وتم تنقيحها لاحقا من خلال النظرية النسبية.
تاريخياً، الفرع الأول من الفيزياء هو الميكانيكا. تصف الميكانيكا حركة الأجسام، ويلعب الدور الأكثر أهمية في هذا القسم من خلال النظام المرجعي.
في الميكانيكا، يعني مفهوم الحركة تغيرًا في موضع الجسم بالنسبة لبعضه البعض بمرور الوقت. وعليه، فمن المستحيل متابعة مسار حركة الجسم دون وجود نقطة مرجعية، أو نظام إحداثيات. بالإضافة إلى ذلك، لتسجيل الحركة، هناك حاجة إلى نظام توقيت. النظام المرجعي في الميكانيكا هو مزيج من نظام الإحداثيات المرتبط بجسم أو مجموعة من الأجسام، ونظام مرجعي زمني، يمكن من خلاله النظر في حركة (أو راحة) بعض الأجسام الأخرى.
من السهل أن نفهم ما هو النظام المرجعي ومدى أهمية اختياره باستخدام الأمثلة على النطاق الكوني. يعلم الجميع أن القمر يتحرك حول الأرض في مسار قريب من الدائرة. وبناء على ذلك، تبدو حركة القمر الصناعي الطبيعي في الإطار المرجعي المرتبط بكوكبنا بسيطة للغاية. حاول الآن أن تتخيل كيف تبدو حركة القمر إذا كان نظام الإحداثيات متصلاً بالشمس.
أنظمة القصور الذاتي
الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي هي تلك التي يحافظ فيها الجسم، في غياب القوى المؤثرة عليه (أو عندما تكون القيمة الإجمالية للقوى المؤثرة عليه مساوية للصفر)، إما على حالة من السكون أو يستمر في الثبات حركة مستقيمة(أي أنها تتحرك بالقصور الذاتي ومن هنا جاءت تسميتها). إن وجود مثل هذه الأنظمة المرجعية يفترضه قانون نيوتن الأول. هذه الأنظمة مناسبة لمعظم الأشخاص وصف بسيطحركات الجسم
نظام القصور الذاتي مثالي فقط نموذج رياضي. من المستحيل ماديًا العثور على مثل هذا النظام المرجعي. لوصف العمليات المختلفة المستخدمة أنظمة مختلفةالعد التنازلي. بالإضافة إلى ذلك، في بعض الحالات يمكن اعتبار النظام المرجعي بالقصور الذاتي، وفي حالات أخرى - غير بالقصور الذاتي. والحقيقة هي أنه في بعض الأحيان يكون الخطأ الحسابي الناتج عن عدم قصور النظام ضئيلًا ويمكن إهماله.
الأنظمة المرجعية غير بالقصور الذاتي
ترتبط كل من الأنظمة المرجعية بالقصور الذاتي وغير بالقصور الذاتي بكوكب الأرض. في الوقت نفسه، عليك أن تفهم أن الافتراض بأن الأرض هي نظام بالقصور الذاتي، وفقا ل على المستوى الكونيفج للغاية. ومع ذلك، فإن هذا التقريب التقريبي كافٍ لوصف العديد من العمليات التي تحدث على سطح الكوكب. على وجه الخصوص، يتم وصف حركة النقل البري، وحركة الكرات على طاولة البلياردو، وما إلى ذلك بدقة في هذا التقريب.
تتحرك الأرض حول محورها. ويجب أن تؤخذ هذه الحركة بعين الاعتبار، على سبيل المثال، عند إطلاق المركبات الفضائية. في الإطار المرجعي المرتبط بالأرض، يُحدث الصاروخ المطلق عموديًا أيضًا حركة مرئية في الاتجاه الأفقي. هذا أمر منطقي: يتغير موقع إطلاق الصاروخ مع كامل سطح الكوكب بسبب دورانه. يتم وصف مثل هذه الانحرافات في المسار، المميزة للأنظمة غير بالقصور الذاتي، رياضيًا بحتًا بمساعدة قوى القصور الذاتي (القوى غير الموجودة بالفعل، ولكن أخذها في الاعتبار يساعد على تصنيف النظام المرجعي رسميًا على أنه قصور ذاتي). في هذه الحالة، يتم وصف الانحراف المرئي رياضيًا للصاروخ عن المسار المستقيم بواسطة قوة كوريوليس، التي من المفترض أن تعمل عليه.
أمثلة توضيحية
يتم توفير تمثيل أكثر وضوحًا لقوى القصور الذاتي من خلال أمثلة للأنظمة المرجعية المرتبطة بها عربة. تخيل طاولة بلياردو موجودة في عربة قطار تسير بشكل مستقيم ومعها سرعة ثابتة. يمكن للركاب اللعب على هذه الطاولة دون الشعور بأي حركة. ولكن بمجرد توقف القطار أو تسارعه أو دورانه فجأة، سيشعر الجميع بدفعة وستبدأ الكرات في التحرك. ومع ذلك، في الإطار المرجعي المرتبط بالقطار، لم تكن هناك فعليًا أي مصادر قوة أدت إلى الوضع الحالي. هذه "القوة غير الموجودة" هي ما يسمى بقوة القصور الذاتي.
