Principiul relativității

În fizică, principiul relativității este cerința ca ecuațiile care descriu legile fizicii să fie aceleași pentru toate cadrele de referință.

În anul 300 î.Hr., filozoful grec Aristotel credea că obiectele grele cad mai repede decât cele care nu sunt grele. Știința naturală a lui Aristotel a fost cea mai populară în gândirea occidentală timp de 2.000 de ani.

În 1600, astronomul italian Galileo Galilei a demonstrat că toate obiectele cad cu aceeași accelerație. Prin urmare, cu cât un obiect se deplasează mai mult timp cu accelerație constantă, cu atât viteza sa finală este mai mare. De asemenea, dacă obiecte diferite, fiecare având o masă diferită, sunt aruncate din repaus (viteza inițială este zero) la aceeași înălțime în vid, toate vor atinge solul cu aceeași viteză, indiferent de masa lor. Descoperirile experimentale ale lui Galileo și legile mișcării dezvoltate matematic de Newton au dat naștere științei moderne.

Principiul relativității al lui Galileo afirmă: "Este imposibil prin mijloace mecanice să spunem dacă ne mișcăm sau rămânem în repaus". Dacă două trenuri se deplasează cu aceeași viteză în aceeași direcție, un pasager din oricare dintre ele nu va putea observa că niciunul dintre trenuri nu se mișcă. Cu toate acestea, dacă pasagerul ia un cadru de referință fix, un punct fix, cum ar fi Pământul, el va putea observa mișcarea oricăruia dintre trenuri. De asemenea, dacă cineva se află pe pământ, nu va putea observa că acesta se mișcă.

Acest principiu este luat doar din observație. De exemplu, dacă călătorim cu un avion cu o viteză constantă, ne putem plimba prin interiorul avionului fără să observăm nimic deosebit.

Din punct de vedere practic, acest lucru înseamnă că legile mișcării lui Newton sunt valabile în toate sistemele inerțiale, adică în cele aflate în repaus sau în mișcare cu viteză constantă în raport cu un sistem considerat în repaus. Aceasta este legea inerției: un corp în repaus continuă să rămână în repaus, iar un corp în mișcare continuă să se deplaseze în linie dreaptă, cu excepția cazului în care este influențat de o forță exterioară. Un sistem de coordonate galileean este unul în care legea inerției este valabilă. Legile mecanicii lui Galileo și Newton sunt valabile într-un sistem de coordonate galileean. Dacă K este un sistem de coordonate galilean, atunci orice alt sistem K' este un sistem de coordonate galilean dacă se află în repaus sau se mișcă în conformitate cu legea inerției în raport cu K. În raport cu K', legile mecanice ale lui Galileo și Newton sunt la fel de valabile ca și în raport cu K.

Cu alte cuvinte, dacă o masă m se află în repaus sau se deplasează cu accelerație constantă (accelerația constantă ar putea fi egală cu zero, caz în care viteza ar rămâne constantă) în linie dreaptă în raport cu un sistem de coordonate galilean K, atunci ea se va afla, de asemenea, în repaus sau se va deplasa cu accelerație constantă în linie dreaptă în raport cu un al doilea sistem de coordonate K', cu condiția ca legea inerției să fie valabilă în sistemul K' (cu alte cuvinte, cu condiția ca acesta să fie un sistem de coordonate galilean).

Prin urmare, dacă dorim să observăm un efect într-un sistem în mișcare cu viteză constantă, putem aplica direct legile lui Newton. Dacă sistemul în mișcare accelerează (sau dacă noi accelerăm în raport cu el, cum ar fi atunci când privim stelele de pe Pământ), atunci va trebui să introducem forțe imaginare pentru a compensa acest efect.

Aceste forțe fictive se numesc forță centrifugă și forță Coriolis.

Legile de mișcare ale lui Newton sunt corecte din punct de vedere mecanic pentru viteze care sunt lente în comparație cu viteza luminii. Pentru viteze care se apropie de viteza luminii, este necesar să se aplice descoperirile din Teoria specială a relativității a lui Einstein.

Pentru a descrie ceea ce se întâmplă în mod mecanic în univers, fizicienii folosesc masa, lungimea și timpul. În fizica lui Galileo și Newton, aceste cantități rămân aceleași în tot universul.

Odată cu teoria specială a relativității a lui Einstein, aceste cantități se pot schimba.

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este principiul relativității?

Î: Cine a propus pentru prima dată acest principiu?

Î: Ce a demonstrat Galileo Galilei?

Î: Cum au dat naștere descoperirile lui Galileo științei moderne?

Î: Ce înseamnă dacă două trenuri se deplasează cu aceeași viteză în aceeași direcție?

Î: Cum se aplică legile lui Newton atunci când vitezele se apropie de viteza luminii?

Căutare după litera