Eylemsiz referans çerçevesi

Fizikte, eylemsiz referans sistemi, zamanı ve uzayı homojen ve izotropik olarak zamandan bağımsız bir şekilde tanımlanan referans sistemidir.

Tüm eylemsizlik sistemleri, sıfır ivmelenmenin olduğu sabit ve doğrusal bir hareket içerisindedir. Bir eylemsizlik sisteminde yapılan ölçümler basit bir dönüşümle diğer sistemlerdeki ölçümlere dönüştürülebilir (Newton fiziğindeki Galile dönüşümü ve Özel rölativitedeki Lorentz dönüşümü). Genel görelilikte uzay-zaman eğrisi için yeterince küçük olan bir bölge ihmal edilebilir, bir dizi eylemsizlik sistemleri bu bölgeyi açıklayabilir.

Fiziksel yasalar tüm eylemsizlik sistemlerinde aynı formu alırlar. Buna karşın, eylemsiz olmayan referans sistemlerinde, fizik yasaları sistemin ivmelenmesine bağlı olarak değişiklik gösterir ve olağan fizik kuvvetleri gerçek olmayan kuvvetlere eklenmelidir. Örneğin, yere düşen bir top gerçekten de düz bir şekilde aşağı gitmez çünkü dünya dönüyor. Dünya üzerinde dönen kişiler Coriolis etkisini hesaba katmalıdır. Yani yatay bir hareketi tahmin etmek için bir kuvvetin varlığı kabul edilmelidir. Dönen referans sistemlerindeki gerçek olmayan kuvvetlerle ilgili diğer bir örnek merkezkaç etkisidir.

Giriş

Bir cismin hareketi sadece başka cisimlere, gözlemcilere veya uzay zaman koordinatlarına göre tanımlanabilir. Bunlara referans sistemi denilmektedir. Koordinatlar kötü seçilirse, hareket yasaları gereğinden fazla karmaşık olabilir. Örneğin, serbest bir cismin herhangi bir dış etken olmaksızın bir an için hareketsiz olduğunu düşünelim. Çoğu koordinat sisteminde, bu cisim üzerine etki eden kuvvetler olmamasına rağmen, bir sonraki aşamada harekete geçecektir. Ancak, daima durağan kalacağı bir referans sistemi seçilebilir. Uzay, homojen bir biçimde ve zamandan bağımsız olarak tanımlanmamışsa, bir koordinat sistemi serbest bir cismin uzaydaki uçuşunu karmaşık zig-zag biçiminde tanımalayabilir. Nitekim, eylemsizlik sistemleri anlaşılır bir biçimde şöyle verilebilir: Eylemsizlik referans sisteminde, mekanik yasaları kendi basit formunu alır.

Eylemsizlik referansında Newton un birinci kuralı sağlanır. Her serbest hareket sabit bir büyüklük ve yöne sahiptir. Newton un ikinci kuralı parçacıklar için:

${\displaystyle \mathbf {F} =m\mathbf {a} \ ,}$ formundadır.

F, net kuvvet ve vektörel bir büyüklüktür; m parçacığın kütlesi ve a, sistemde yer alan bir gözlemci tarafından ölçülen vektörel bir değer olan parçacık ivmesidir. F kuvveti parçacık üzerindeki elektromanyetik, çekimsel veya nükleer tüm kuvvetlerin toplamıdır. Newton'un ikinci yasası dönen referans sistemini içerir; bir eksen etrafında Ω açısal hızıyla dönüşü içerir:

${\displaystyle \mathbf {F} '=m\mathbf {a} \ ,}$ formundadır.

Yukarıdaki formül eylemsizlik sistemiyle aynı görünmektedir, fakat F′ kuvveti sadece F kuvveti değil diğer ek terimlerden de meydana gelmektedir:

${\displaystyle \mathbf {F} '=\mathbf {F} -2m\mathbf {\Omega } \times \mathbf {v} _{B}-m\mathbf {\Omega } \times (\mathbf {\Omega } \times \mathbf {x} _{B})-m{\frac {d\mathbf {\Omega } }{dt}}\times \mathbf {x} _{B}\ ,}$

Sistemin açısal dönüşü, dönüş ekseniyle aynı yönde olan ve dönmenin açısal hızıyla eşit büyüklükte olan Ω vektörüyle tanımlanır. X vektör çarpımını belirtmektedir, x_B vektörü cismin konumunu, v_B vektörü ise, dönen gözlemciye göre cismin hızını belirtir (hareketsiz bir gözlemci tarafından görülen hızdan farklıdır). F′ kuvvetindeki ekstra terimler bu sistem için gerçek olmayan kuvvetlerdir (İlk ekstra terim Coriolis kuvveti, ikincisi santrifüj kuvveti ve üçüncüsü Euler kuvveti). Bu terimler şu özelliklere sahiptir: Bu terimler, Ω = 0 olduğunda ortadan kaybolmaktadırlar. Yani, eylemsizlik sistemi için sıfırdırlar; Ω değerine bağlı olarak, her dönen sistemde farklı büyüklük ve yönde olmaktadırlar; dönen sistemlerde yaygındırlar (Durum ne olursa olsun her parçacığı etkilerler); bunlar tanımlanabilir fiziksel kaynaklar içerisinde belirgin bir kaynağa sahip değildirler. Tüm gerçek olmayan kuvvetler mesafeyle azalmaz (nükleer ve elektrik kuvvetleri dahil değil). Örneğin, bir dönen sistemi içerisinde dönme ekseninden yayılan merkezkaç kuvveti eksenden uzaklaştıkça artar.

Tüm gözlemciler gerçek F kuvvetleri konusunda hemfikirdir; sadece eylemsiz olmayan gözlemciler için gerçek olmayan kuvvetler vardır. Eylemsizlik sistemi içerisinde fizik yasaları daha basittir fakat, gereksiz kuvvetler yoktur.

Newton zamanında sabit yıldızlar bir referans sistemi olarak kabul edildi; mutlak uzaya göre sabit durdukları varsayıldı. Referans sistemlerinde, sabit yıldızlara göre durmakta veya bu yıldızlara göre düzgün bir ötelenme-yer değiştirme olmaktadır. Newton'ın hareket yasaları tutmak gerekiyordu. Buna karşılık, sabit yıldızlar, sabit yıldızlara göre döndürülmesi çerçeveleri olmanın önemli bir durum ile ilgili hızlanan çerçeveler, ancak, onların basit formu tutun vermedi hareket kanunları için, hayali güçlerin eklenmesiyle takviye gerekiyordu örnek, Coriolis kuvveti ve merkezkaç kuvveti. İki ilginç deneyler bu kuvvetler dolayısıyla onlar Eylemsiz olmayan bir gözlemciye açığa keşfedilen nasıl göstermek için Newton tarafından geliştirilen edilmiştir: ağırlık merkezinin kendi etrafında dönen iki küre birbirine bağlayan kordon gerginlik örnek ve döner bir kovada su yüzeyinin eğrilik örneği. Her iki durumda da, Newton'un ikinci yasasının uygulama kendi gözlemlerine (; dönen kepçenin durumunda parabolik su yüzeyi küre durumunda gerilim) hesaba merkezkaç ve Coriolis kuvvetleri yürütmesini olmadan dönen gözlemci için işe yaramaz.

Kaynakça

*   Landau, L. D.; Lifshitz, E. M. (1960). Mechanics. Pergamon Press. pp. 4–6.
*  Jump up^ Albert Einstein (2001) [Reprint of edition of 1920 translated by RQ Lawson]. Relativity: The Special and General Theory (3rd ed.). Courier Dover Publications. p. 71. ISBN 0-486-41714-X.
*  Jump up^ Domenico Giulini (2005). Special Relativity. Cambridge University Press. p. 19.ISBN 0-19-856746-4.
*  Jump up^ Assuming the coordinate systems have the same handedness.
*  ^ Jump up to:a b Milton A. Rothman (1989). Discovering the Natural Laws: The Experimental Basis of Physics. Courier Dover Publications. p. 23. ISBN 0-486-26178-6.
*  ^ Jump up to:a b Sidney Borowitz & Lawrence A. Bornstein (1968). A Contemporary View of Elementary Physics. McGraw-Hill. p. 138. ASIN B000GQB02A.
*  Jump up^ Amedeo Balbi (2008). The Music of the Big Bang. Springer. p. 59. ISBN 3-540-78726-7.
*  Jump up^ Abraham Loeb, Mark J. Reid, Andreas Brunthaler, Heino Falcke (2005). "Constraints on the proper motion of the Andromeda galaxy based on the survival of its satellite M33"(PDF). The Astrophysical Journal 633 (2): 894–898. arXiv:astro-ph/0506609.Bibcode:2005ApJ...633..894L. doi:10.1086/491644.
*  Jump up^ John J. Stachel (2002). Einstein from "B" to "Z". Springer. pp. 235–236. ISBN 0-8176-4143-2.
*  Jump up^ Peter Graneau & Neal Graneau (2006). In the Grip of the Distant Universe. World Scientific. p. 147. ISBN 981-256-754-2.
*  Jump up^ Henning Genz (2001). Nothingness. Da Capo Press. p. 275. ISBN 0-7382-0610-5.
*  Jump up^ J Garcio-Bellido (2005). "The Paradigm of Inflation". In J. M. T. Thompson. Advances in Astronomy. Imperial College Press. p. 32, §9. ISBN 1-86094-577-5.
*  Jump up^ Wlodzimierz Godlowski and Marek Szydlowski (2003). "Dark energy and global rotation of the Universe". General Relativity and Gravitation 35 (12): 2171. arXiv:astro-ph/0303248.Bibcode:2003GReGr..35.2171G. doi:10.1023/A:1027301723533.
*  Jump up^ P Birch Is the Universe rotating? Nature 298, 451 - 454 (29 July 1982)
*  Jump up^ Einstein, A., Lorentz, H. A., Minkowski, H., & Weyl, H. (1952). The Principle of Relativity: a collection of original memoirs on the special and general theory of relativity. Courier Dover Publications. p. 111. ISBN 0-486-60081-5.
*  Jump up^ Ernest Nagel (1979). The Structure of Science. Hackett Publishing. p. 212. ISBN 0-915144-71-9.
*  Jump up^ Milutin Blagojević (2002). Gravitation and Gauge Symmetries. CRC Press. p. 4.ISBN 0-7503-0767-6.
*  Jump up^ Albert Einstein (1920). Relativity: The Special and General Theory. H. Holt and Company. p. 17.
*  Jump up^ Richard Phillips Feynman (1998). Six not-so-easy pieces: Einstein's relativity, symmetry, and space-time. Basic Books. p. 73. ISBN 0-201-32842-9.
*  Jump up^ Armin Wachter & Henning Hoeber (2006). Compendium of Theoretical Physics. Birkhäuser. p. 98. ISBN 0-387-25799-3.
*  ^ Jump up to:a b Ernst Mach (1915). The Science of Mechanics. The Open Court Publishing Co. p. 38.
*  Jump up^ Lange, Ludwig (1885). "Über die wissenschaftliche Fassung des Galileischen Beharrungsgesetzes". Philosophische Studien 2.
*  Jump up^ Julian B. Barbour (2001). The Discovery of Dynamics (Reprint of 1989 Absolute or Relative Motion? ed.). Oxford University Press. pp. 645–646. ISBN 0-19-513202-5.
*  Jump up^ L. Lange (1885) as quoted by Max von Laue in his book (1921) Die Relativitätstheorie, p. 34, and translated by Harald Iro (2002). A Modern Approach to Classical Mechanics. World Scientific. p. 169. ISBN 981-238-213-5.
*  Jump up^ Milutin Blagojević (2002). Gravitation and Gauge Symmetries. CRC Press. p. 5.ISBN 0-7503-0767-6.
*  Jump up^ NMJ Woodhouse (2003). Special relativity. London: Springer. p. 58. ISBN 1-85233-426-6.
*  Jump up^ Robert DiSalle (Summer 2002). "Space and Time: Inertial Frames". In Edward N. Zalta.The Stanford Encyclopedia of Philosophy.
*  Jump up^ C Møller (1976). The Theory of Relativity (Second ed.). Oxford UK: Oxford University Press. p. 1. ISBN 0-19-560539-X.
*  Jump up^ The question of "moving uniformly relative to what?" was answered by Newton as "relative to absolute space". As a practical matter, "absolute space" was considered to be the fixed stars. For a discussion of the role of fixed stars, see Henning Genz (2001).Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. p. 150. ISBN 0-7382-0610-5.
*  Jump up^ Robert Resnick, David Halliday, Kenneth S. Krane (2001). Physics (5th ed.). Wiley. Volume 1, Chapter 3. ISBN 0-471-32057-9.
*  Jump up^ RG Takwale (1980). Introduction to classical mechanics. New Delhi: Tata McGraw-Hill. p. 70. ISBN 0-07-096617-6.
*  Jump up^ NMJ Woodhouse (2003). Special relativity. London/Berlin: Springer. p. 6. ISBN 1-85233-426-6.
*  Jump up^ A Einstein (1950). The Meaning of Relativity. Princeton University Press. p. 58.
*  Jump up^ William Geraint Vaughan Rosser (1991). Introductory Special Relativity. CRC Press. p. 3. ISBN 0-85066-838-7.
*  Jump up^ Richard Phillips Feynman (1998). Six not-so-easy pieces: Einstein's relativity, symmetry, and space-time. Basic Books. p. 50. ISBN 0-201-32842-9.
*  ^ Jump up to:a b See the Principia on line at Andrew Motte Translation
*  Jump up^ However, in the Newtonian system the Galilean transformation connects these frames and in the special theory of relativity the Lorentz transformation connects them. The two transformations agree for speeds of translation much less than the speed of light.
*  Jump up^ V. I. Arnol'd (1989). Mathematical Methods of Classical Mechanics. Springer. p. 129.ISBN 978-0-387-96890-2.
*  Jump up^ For example, there is no body providing a gravitational or electrical attraction.
*  Jump up^ That is, the universality of the laws of physics requires the same tension to be seen by everybody. For example, it cannot happen that the string breaks under extreme tension in one frame of reference and remains intact in another frame of reference, just because we choose to look at the string from a different frame.
*  Jump up^ In the Shadow of the Relativity Revolution Section 3: The Work of Karl Schwarzschild (2.2 MB PDF-file)
*  Jump up^ Chatfield, Averil B. (1997). Fundamentals of High Accuracy Inertial Navigation, Volume 174. AIAA. ISBN 9781600864278.
*  Jump up^ Kennie, edited by T.J.M.; Petrie, G. (1993). Engineering Surveying Technology (Pbk. ed. ed.). Hoboken: Taylor & Francis. p. 95. ISBN 9780203860748.
*  Jump up^ "The gyroscope pilots ships & planes". Life: 80–83. Mar 15, 1943.
*  Jump up^ LD Landau & LM Lifshitz (1975). The Classical Theory of Fields (4th Revised English ed.). Pergamon Press. pp. 273–274. ISBN 978-0-7506-2768-9.
*  Jump up^ David Morin (2008). Introduction to Classical Mechanics. Cambridge University Press. p. 649. ISBN 0-521-87622-2.
*  Jump up^ Douglas C. Giancoli (2007). Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. Pearson Prentice Hall. p. 155. ISBN 0-13-149508-9.
*  Jump up^ A. Einstein, "On the influence of gravitation on the propagation of light", Annalen der Physik, vol. 35, (1911) : 898-908
*  Jump up^ National Research Council (US) (1986). Physics Through the Nineteen Nineties: Overview. National Academies Press. p. 15. ISBN 0-309-03579-1.
*  Jump up^ Allan Franklin (2007). No Easy Answers: Science and the Pursuit of Knowledge. University of Pittsburgh Press. p. 66. ISBN 0-8229-5968-2.
*  Jump up^ Green, Herbert S. (2000). Information Theory and Quantum Physics: Physical Foundations for Understanding the Conscious Process. Springer. p. 154.ISBN 354066517X., Extract of page 154
*  Jump up^ Bandyopadhyay, Nikhilendu (2000). Theory of Special Relativity. Academic Publishers. p. 116. ISBN 8186358528., Extract of page 116
*  Jump up^ Liddle, Andrew R.; Lyth, David H. (2000). Cosmological Inflation and Large-Scale Structure. Cambridge University Press. p. 329. ISBN 0-521-57598-2., Extract of page 329