Положение в пространстве абсолютно каждого тела означает рассмотрение его всегда с точки зрения относительности по отношению к другим телам.
Так, тело может пребывать в состоянии покоя относительно одного объекта и, параллельно с этим, - в состоянии движения относительно другого. К примеру, будучи в кресле летящего самолета, пассажир и бездействует (состояние покоя относительно самолета), и, в то же время, перемещается в унисон движению указанного средства передвижения (состояние движения относительно земли).
В ответе за это, при этом, будут различные системы отсчета. В этом и заключается понятие относительности движения. Проявление относительности наряду с тем, можно наблюдать и в том, что траектория, скорость и пройденный путь (и прочие характеристики) в плане движения являются различными, в зависимости от выбранной системы отсчета.
Таким образом, в связи с относительностью движения, задачи в классической механике можно решить только в рамках определенной избранной системы отсчета.
Классическая механика Ньютона
Рисунок 1. Принцип относительности в механике. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Классическая механика Ньютона сформировала определенные предпосылки для развития принципа относительности. В основу классической механики положена базовая концепция Ньютона, согласно которой физическую реальность можно охарактеризовать такими понятиями, как «время», «пространство», «материальная точка» и «сила взаимодействия материальных точек».
В данной концепции абсолютно все физические события воспринимаются в формате движения материальных точек под управлением неизменных законов, созданных Ньютоном. Формулировки этих законов принято рассматривать в качестве единой взаимосвязанной системы:
- Закон инерции. Согласно концепции первого закона Ньютона, любая материальная точка обладает свойством сохранения состояния покоя или прямолинейного равномерного движения до момента, когда усилия со стороны других тел не способствуют изменению этого состояния.
- Второй закон занимает в классической механике центральную позицию. Его формулировка базируется уже на количественной основе, что подразумевает введение таких понятий, как масса, сила, ускорение. Здесь под массой подразумевается мера инертности (инертная масса), под силой – физическая векторная величина (мера влияния на тело других тел). Этот закон выражен следующим образом: приобретаемое материальной точкой (или телом) ускорение становится пропорциональным провоцирующей его появление силе и в обратной степени пропорциональным массе данной материальной точки.
- Между первым и вторым законами существует непосредственная взаимосвязь, которая кроется в справедливости в отношении инерциальных систем отсчета. При этом первый закон Ньютона получается из второго. Так, если допустить показатель силы равным нулевому значению (полное отсутствие воздействия на тело), тогда ускорение становится равным также нулю. Таким образом, сама скорость сохраняет свое постоянное значение. В то же время, в отношении первого закона можно сказать, что он считается самостоятельным научным положением, поскольку провозглашает существование таких систем отсчета, как инерциальные.
- Закон действия и противодействия. Третий закон характеризуется взаимодействием между телами. Его формулировка предусматривает ввод силы, действующей со стороны второй материальной точки на первую и наоборот. Он сформулирован таким образом: для действия существует противодействие; определяющие взаимодействие двух материальных точек друг на друга силы равны между собой и при этом направляются в противоположные стороны.
Дополнением относительно динамических законов механики выступает закон всемирного тяготения. Он звучит таким образом: две материальные частицы, обладающие определенными массами, могут притягиваться друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению этих масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния, образовавшегося между ними.
В данном случае масса выступает в качестве меры взаимодействия тяготеющих материальных частиц (приводится понятие «гравитационная (тяжелая) масса). Согласно современным измерениям физиков, тяжелая и инертная массы между собой равны.
Механическое взаимодействие тел осуществляется под воздействием силы тяготения. В классической механике такое понятие, как «сила» считается фундаментальным. Так, это есть показатель меры взаимодействия тел и причина возникновения их взаимного движения.
Соответственно закону всемирного тяготения источник силы есть масса тел. Это, в свою очередь, объясняет фундаментальность понятия массы по отношению к силе.
Преобразования Галилея
Рисунок 2. Принцип относительности Галилея. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В формате важных аспектов классической механики в плане относительности, имеет смысл рассмотреть преобразования Галилея.
Преобразование Галилея является определяющим относительно перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой, которая относительно первой движется равномерно и прямолинейно. Сама система отсчета при этом будет пониматься в формате четырехмерной, позволяющей фиксировать отсчет времени вместе с тремя пространственными координатами.
Так, при заданной системе инерциальной отсчета наблюдается ситуация, где в другой такой системе (она движется относительно нее равномерно и прямолинейно) сами координаты будут взаимосвязаны с координатами преобразований Галилея (с максимальной точностью до переноса начала и поворота осей).
Главные законы классической механики в действительности являются инвариантными относительно преобразований Галилея. Исключение в этом плане представляет пример с электромагнитным явлением. Это, в свою очередь, стало причиной обобщений Лоренцом данных преобразований, а они легли в основу специальной теории относительности.
Принцип относительности в классической механике
«Стержнем» классической механики стал принцип относительности, сформулированный Галилеем. Он заключается в том, что механическое движение должно считаться относительным, поскольку его характер зависим от избираемой системы отсчета.
Таким образом, механический принцип относительности Галилея выражен так: законы динамики во всех инерциальных системах отсчета обладают одинаковой формой.
Другими словами, он подразумевает, что уравнения классической динамики характеризуются инвариантностью касательно преобразования координат. Инвариантность, в свою очередь, предполагает постоянство и неизменность физических величин в случае перехода между системами отсчета.
Со временем физики выяснили, что справедливость действия принципа относительности не может ограничиваться исключительно классической механикой. Благодаря французскому математику и физику А. Пуанкаре, принцип относительности удалось распространить на все электромагнитные явления.
В дальнейшем, он, наряду с постулатом независимости скорости света в вакуумном пространстве от движения его источника был положен в основу специальной теории относительности А.Эйнштейна.
На сегодняшний день современная физика признает принцип относительности в виде фундаментального физического закона, провозглашающего независимость физических процессов абсолютно любой природы от прямолинейного и равномерного движения системы отсчета.
