什么是参考系


什么是参考系

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从运动学角度看,参考系可以任意选取 。对一个具体的运动学问题,我们一般从方便出发选取参考系以简化物体运动的研究 。古代研究天体的运动时,很自然以地球为参考系 。托勒密的“地心说”用本轮、均轮解释行星的运动 。哥白尼用“日心说”解释行的运动时,也要用本轮和均轮 。从运动学角度看,“地心说”和“地心说”都可以同样好地描述行星的运动 。但从研究行星运动的动力学原因的角度看,“日心说”开通了走向真理的道路 。开普勒在“地心说”的基础上,把行星的圆周运动改变为椭圆运动从而扔掉了本轮、均轮的说法,开普勒并在观测的基础上建立了行星运动三定律,作出了重要的贡献 。牛顿进一步揭露了开普勒三定律的奥秘,建立了万有引力定律、概括出“万有引力”概念 。我们应该注意,从运动学看所有的参考系都是平权的,选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便 。从动力学看参考系区分为惯性参考系和非惯性参考系两类,牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立,对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正 。
质点的机械运动表现为质点的位置随时间变化 。质点的位置是相对于一定的参考系说的,参考系是指选来作为研究物体运动依据的一个三维的、不变形的物体(刚体)或一组物体为参考体 , 在参考体上选取不共面的三条相交线作为标架 , 再加上与参考体固连的时钟 。即参考系包括参考体、标架和时钟 , 习惯上我们把参考体简称为参考系 。为了定量地描述物体的运动,我们在参考系上还要建立坐标系,直角坐标和极坐标是最常用的两种坐标形式 。
牛顿把作匀速直线运动的参考系叫做惯性参考系 。1905年,爱因斯坦在他的论文中提出,所有的惯性参考系都是等价的 , 也就是说 , 一切物理定律在惯性参考系中都同样适用,具有相同的形式 。爱因斯坦的观点是正确的 , 因为人们不能在任何一个惯性参考系内部(也就是说 , 不参照这个参考系外部的物体)用任何物理定律去发现这个参考系与静止的参考系有什么差别 。正是在这种认识的基础上 , 爱因斯坦建立了狭义相对论 。
那么,如果我们处在一个非惯性参考系中,又如何呢非惯性参考系的运动具有一定的加速度,可是,这种加速度可以被看作是一种重力(即万有引力) 。例如 , 我们在电梯中 , 当电梯加速下降或者减速上升时,我们会感到身体有些轻飘飘的,重量似乎减小了 。我们在电梯中不看外面的参照物,并不知道电梯在加速还是减速,只感到重力在变化 。