¿Por qué un tipo de movimiento es relativo y que otro no lo es?

Question

Dos científicos están completamente aislados en dos cuadros diferentes:

1. La primera caja se mueve de manera uniforme recta (en un espacio perfecto).

2. Segunda caja rota uniformemente (también en un espacio perfecto).

Los científicos tienen ningún instrumento para detectar su movimiento. Que hace? La segunda.

¿Por qué un tipo de movimiento es relativo y que otro no lo es? ¿Por qué no son tanto relativo? ¿Por qué no son absolutos?

(NO me refiero a la teoría de la relatividad de Albert Einstein)

Answer 1

En la mecánica Newtoniana una partícula se moverá en línea recta, a menos que una fuerza actúe sobre él.

En el interior de un cuadro giratorio, las partículas no se mueven en línea recta, que están girando. Para ello, deben tener las fuerzas que actúan sobre ellos. En este caso, la fuerza es creada por la inter-atómicas o inter-moleculares de las fuerzas que sostienen cosas juntos. Si se hace girar la caja lo suficientemente rápido, las fuerzas requeridas exceden la resistencia de los materiales y todo lo que iba a volar aparte (en línea recta, al menos hasta que se golpeó contra algo).

Answer 2

Esencialmente, no lo sabemos. O en otras palabras, que el universo es. Es como preguntar ¿por qué la velocidad de la luz es independiente de su marco de referencia, o por qué hay cuatro fuerzas fundamentales. Se ha encontrado experimentalmente que esto es cómo funciona la naturaleza. Esta es la respuesta completa; lo que sigue es lo que otras personas han pensado acerca de este problema.

Algunas personas pensaron que esta distinción entre el uniforme y no uniforme movimiento era una tontería, y que todo movimiento debe ser relativa. Si el universo como un todo se puede girar, se dijo, ¿cómo podría saberlo? ¿Qué sería incluso a decir que el universo entero está girando? Esta idea fue muy firmemente por Mach (y Einstein estaba en el mismo campamento demasiado por un tiempo!), y es enunciada en Mach principio: Todo movimiento es relativo al contenido de materia del universo. Si, como los experimentos muestran, podemos detectar absoluta de rotación, es porque realmente estamos rotando con respecto a todas las galaxias y estrellas, y que ejercen algún tipo de influencia. Si estuviera girando con nosotros, no seríamos capaces de detectar la rotación.

Nuestras actuales teorías (teoría de la Relatividad General, en particular) dicen que esto es falso, y que el movimiento uniforme es el único que es relativo. Pero claro, esto no es realmente algo que podemos probar. Tendríamos que hacer una rotación de laboratorio en un universo vacío, o poner todas las galaxias, en la rotación y a ver si podemos detectar algo. Ambas cosas son esencialmente imposible, y así, mi opinión es que Mach principio, tal y como está es irrelevante para la física. A menos que alguien los postulados de una manera específica en que toda la materia en el universo, afecta a cada uno de los otros, no es algo que puede ser verificado experimentalmente.

Answer 3

Me parece una muy cuidada respuesta a tu pregunta puede venir a partir de esta simulación de un rotativo cilíndrico de la nave (no la mía!). La simulación en sí es un applet de Java. A continuación me estoy citando a partir de la descripción del problema que aborda, ya que describe la respuesta que usted está buscando, a saber, la diferencia entre lo que un chico (Ralph) ve dentro de la rotación de laboratorio en comparación con otro hombre (Pablo) que está fuera del laboratorio, en un marco inercial.

"Ralph está viajando en su nave espacial en el espacio interplanetario en su camino a Marte. El interior de la nave es cilíndrico con radio de 10 metros. La nave está girando con una velocidad angular de 1 radián por segundo, lo que da una aceleración centrípeta de 10 m/s2) en la pared interior. Así que Ralph pueden caminar en el interior de la pared, siempre la sensación de que la gravedad es de 1 g. Puesto que no hay ojos de buey en el barco, Ralph no es consciente de que la nave espacial está girando; él piensa que hay alguna forma de artificial de la gravedad hizo con Star Trek tecnología.

Para pasar el tiempo en su largo viaje, Ralph es a veces jugando con una pelota. Él está intrigado por el extraño comportamiento de la pelota. Cuando se le cae la pelota, cae hacia el interior de la pared, como se esperaba, pero también es desviarse un poco a la izquierda. Si él tiene la bola de 2 metros por encima de la pared, y lo lanza a la izquierda con una velocidad inicial de 8 m/s, que la pelota no caiga en todo, se mueve alrededor de la nave espacial a 2 metros de altura por encima de la pared, con la velocidad constante de 8 m/s. Si por otro lado lo lanza a la derecha con la misma velocidad, la bola cae mucho más rápido a la pared de lo esperado.

Pero rafael es un hombre inteligente, de modo que su decidida a averiguar cómo los extraño artificial funciona la gravedad. Él tira la pelota en diferentes direcciones y con diferentes velocidades, mide cuidadosamente la trayectoria de la pelota con su videocámara. Él considera que no debe ser de dos diferentes fuerzas que actúan sobre la pelota, uno que actúa radialmente hacia afuera desde el centro de la nave. Esta fuerza le da a la pelota una aceleración que es igual a R por segundo al cuadrado, donde R es la distancia que la pelota está del centro. La otra fuerza es proporcional a la velocidad de la pelota, y siempre actúa en forma perpendicular a la velocidad, a la derecha de la dirección de la velocidad. Esta fuerza le da a la pelota una aceleración que es de 2v por segundo, donde v es la velocidad de la pelota.

Ralph es, por supuesto, convencido de que estas fuerzas deben ser real, ¿de qué otra manera podría el balón se comporte como lo hace ?

Pablo, que llevaba un traje espacial, está fuera de la nave espiando a través de una ocultos ojo de buey en la nariz de la nave. Pablo no está girando. Cuando Ralph es el lanzamiento de la pelota, Pablo puede ver que ninguna fuerza en absoluto están actuando sobre la pelota, la pelota siempre se está moviendo a lo largo de trayectorias rectilíneas con velocidad constante. Esto es como se espera, la pelota es, después de todo ingrávido en el espacio libre de la gravedad.

La simulación muestra dos vistas del interior de la nave, uno de la rotación del marco donde el barco está parado (Ralph marco), y uno de los que no marco giratorio donde el barco está girando (Pablo). Usted puede dejar Ralph lanzar su bola, y ver la trayectoria de la pelota en los dos puntos de vista. El verdadero punto de la simulación es demostrar la ficticia fuerzas en un marco giratorio.

La simulación muestra dos vistas del interior de la nave, uno de la rotación del marco donde el barco está parado (Ralph marco), y uno de los que no marco giratorio donde el barco está girando (Pablo). Usted puede dejar Ralph lanzar su bola, y ver la trayectoria de la pelota en los dos puntos de vista. El verdadero punto de la simulación es demostrar la ficticia fuerzas en un marco giratorio."

Espero que ayude.

Answer 4

Esta discusión es sólo en el contexto de newton mechnaics(ya que esto es lo que el OP pedido).

El principio de relatividad de galileo estados:

-Las leyes de la física que se mantenga en su forma más simple con respecto a un sistema inercial de los marcos de referencia.

-Intervalos de tiempo y las distancias entre los eventos son los mismos para todos los marcos de referencia.

La relatividad de la constante de velocidad de movimiento es una consecuencia directa de la galilea relativiy:

Dicen que usted tiene dos sistemas de inercial de referencia, $S$$S'$, con coordenadas $(x,t)$ $(x',t)$ donde $S$ está en reposo y $S'$ se mueve con velocidad de $v$ con respecto al $S$.A continuación, utilizando la transformación de galileo, que relaciona las coordenadas de $S$$S'$, con la información dada, se puede deducir lo $S'$ dice acerca del movimiento de la estructura y el movimiento de $S$ con respecto a ella:

$x'=x-vt$ .

La ecuación de movimiento de $S'$ con respecto al $S$ es simplemente dada por

$x=vt$.

Conectar la transformación que se obtiene: $x'=vt-vt=0$ .

Diferenciando por $\dfrac{d}{dt}$ para obtener la velocidad de $S'$ en su marco de uno obtiene:

$\dfrac{dx'}{dt}=0$.

Por lo $S'$ afirma que él está en reposo y no se mueve.

En adición a que considere la posibilidad de reordenar los términos de la transformación de galileo para parecerse a esto:

$x=x'+vt$.

$S'$ puede afirmar que en realidad, él está en reposo y es $S$ que se mueve con una velocidad de $-v$.

Pero la razón principal por la constante de la velocidad de movimiento es relativo es el siguiente argumento :

Además de la existencia de $S$$S'$, considere una partícula que se actúa una fuerza $F=m\dfrac{d^2x}{dt^2}$ $S$.

cómo las leyes de la física parecen en $S'$?

Ya sabemos que

$x'=x-vt$

La diferenciación de dos veces con el tiempo uno se pone:

$\dfrac{d^2x'}{dt^2}=\dfrac{d^2x}{dt^2}$.

De manera que obtenemos $F=m\dfrac{d^2x'}{dt^2}$.

De modo que las leyes de la física mirar exactamente el mismo en ambos $S$$S'$, satisfaciendo el principio de la relatividad.

¿Qué implicación hace que este resultado tiene en la constante de velocidad de movimiento? También implica que la constante de velocidad es relativa ya que:

-que cada observador puede afirmar que él está en reposo y el otro observador que se mueve.

-debido a que las leyes de la física son las mismas en ambos el reposo y el movimiento(con velocidad constante) marco. Si has bloqueado tanto $S$ $S'$ en una caja cerrada, que no será capaz de hacer un experimento para diferenciar si se están moviendo o no. El mundo se comporta de la misma si está en reposo o en movimiento con velocidad constante.

¿Qué acerca del movimiento que no tiene una velocidad constante? Resulta que estos marcos no son inerciales de los marcos de referencia en que las leyes de la física no se cumplirá en ellos.

(Te dan una divertida tarea para hacer, considere dos marcos, $S$ en reposo en el suelo y $S''$ que se acelera con $a$ con respecto al $S$, en relación a sus coordenadas están relacionados por $x"=x-\dfrac{1}{2}at^2$, y decir que usted tiene una partícula que actúa $F=m\dfrac{d^2x}{dt^2}$$S$, si el principio de la relatividad sostiene que podemos esperar que en $S"$ $F=m\dfrac{d^2x"}{dt^2}$, comprobar si esto es cierto o no(no!) y ya que no es verdadero, $S"$ no puede reclamar con razón él está en reposo y es $S$ que está acelerando.)

Acelerado/no-inercial de los marcos de referencia están marcadas por el hecho de que las leyes de Newton como su segundo de la ley y la ley de conservación del momento son violados. O en otras palabras, están marcados por la exsistence de ficticios fuerzas, que son proprtional a misa en sus cuadros.

Esto nos lleva a la segunda pregunta: es la rotación familiar o no?

Esta es la razón por la rotación(y otras formas de aceleración) no son relativos:

-las leyes de la física se rompen en tales marcos(es decir, que no se mantenga en su forma más simple, como lo hacen en los marcos inerciales), de modo que incluso uno está confinada en una caja, uno puede detectar su absoluta de movimiento(rotación) a través de la existencia ficticia de fuerzas como la de coriolis y la fuerza centrífuga.

Ahora pasemos a la totalmente vacía de espacio en caso de que pidió:

Hay un punto importante que contar. Newton, considerado un movimiento acelerado absoluta en el sentido de que se mueve con respecto al espacio absoluto, una estructura cuya exsistence él postula para explicar por qué la aceleración es absoluta, y todos los observadores están de acuerdo en que si un cuerpo se acelera o no. En las modernas formulaciones sin embargo, el espacio absoluto no es necesario y por lo que se descarta , se dice de un marco de aceleración es absoluta en el sentido de que se está acelerando a todos los marcos inerciales de referencia.

Ahora vamos a responder a su pregunta(esta es mi entendimiento, y estoy dispuesto a ser corregido si tengo algo mal):

-si usted tiene totalmente vacío del espacio, y un observador en él, no tiene sentido decir si se mueve con velocidad constante en todo(que si está en reposo o en movimiento uniforme) o si él está acelerando o no. Desde el concepto de la constante de velocidad de movimiento sólo tiene sentido entre dos marcos de referencia inerciales. Ya que no hay un solo fotograma, y el concepto de aceleración en la formulación moderna sólo tiene sentido cuando se habla de la aceleración con respecto a otros sistemas de inercial, no tiene sentido hablar de cualquier movimiento(uniforme o de rotación, o lo que sea) en caso contrario totalmente vacío del universo.

-Newton estaría de acuerdo con mi respuesta en movimiento uniforme. Pero, sorprendentemente, había desacuerdo con respecto a la aceleración. Para Newton, quien define la aceleración relativa al espacio absoluto, se hace total sentido hablar de la rotación de un objeto en un espacio vacío, ya que la rotación con respecto al espacio en sí.

Por lo que es justo? No sabemos por estas razones: -la moderna definición de aceleración(con respeto a todos los marcos inerciales) vs newton de la noción de aceleración contra el espacio absoluto de dar los mismos resultados experimentales en un universo que está poblada por la materia. Para diferenciar lo que es correcto, uno tiene que hacer el experimento de rotación de un objeto en un totalmente vacía universo(que es imposible).

-La mecánica newtoniana no mantener en nuestro universo,son GR y QM que hacer(o, más precisamente, las que se encuentran la teoría de la gravedad cuántica).

Voy a dejar que otros hablen acerca de mach principio.

Answer 5

Sólo un ingeniero es necesario, en la Tierra, pero mejor en el espacio.

Con una antena de microondas atentos a la CMB frecuencia podemos sentido, y de hecho lo hacemos, tanto el diario de movimiento de rotación de la Tierra alrededor del eje, el movimiento anual de la Tierra alrededor del Sol (trayectoria elíptica) y el movimiento de todo el Sistema Solar, a 369 km/s en dirección a la constelación de Leo (no se puede medir la aceleración).

Para medir el movimiento de rotación de un péndulo de Foucault puede ser usado, o un interferómetro de Sagnac.

Todos los anteriores movimientos pueden ser considerados como absolutos, porque nada más, pero un observador que se necesita. Para ser considerado relación se necesitan dos objetos y describir el movimiento de un irt los otros.

Considere la posibilidad de un observador en la Luna y otros en la Tierra cada detección de los fotones CMB:
Ellos pueden usar su absoluta de movimientos para describir sus movimientos relativos, ignorando offset inicial.

Ellos tienen que asumir un 3 eje fijo, dado 3 puntos fijos en el espacio remoto, o mejor obtenidos por el análisis de la descripción única alrededor del Sol, en el mismo período anual y el cambio similar de la aceleración. En resumen, la comparación de sus datos, se deduce que ambos están orbitando alrededor de una común estrellas, y que la Luna gira alrededor de la Tierra.

Luego, cuando leí que, según la Relatividad, no hay privilegiados referencias, yo no lo creo. Como se puede ver en el CMB referencia es especial debido a que los fotones CMB proporcionar una base de tiempo, una unidad de longitud y un marco de referencia común para todos los objetos. Este conocimiento no era accesible a Einstein.