Relatiivsuspõhimõte
Füüsikas on relatiivsuspõhimõte nõue, et füüsikaseadusi kirjeldavad võrrandid on samad kõigis vaatevõrrandites.
Kreeka filosoof Aristoteles arvas 300. aastal eKr, et rasked esemed langevad kiiremini kui mitterasked esemed. Aristotelese loodusteadus oli lääne mõttemaailmas kõige populaarsem 2000 aasta jooksul.
1600. aastal tõestas Itaalia astronoom Galileo Galilei, et kõik objektid langevad sama kiirendusega. Seega, mida kauem liigub objekt konstantse kiirendusega, seda kiirem on tema lõppkiirus. Samuti, kui erinevad objektid, millel on erinev mass, langevad vaakumis samalt kõrguselt maha (algkiirus on null), tabavad nad kõik maapinda sama kiirusega, sõltumata nende massist. Galileo eksperimentaalsed avastused ja Newtoni poolt matemaatiliselt välja töötatud liikumisseadused andsid aluse kaasaegsele teadusele.
Galileo relatiivsuspõhimõte ütleb: "Mehhaaniliste vahenditega on võimatu öelda, kas me liigume või jääme rahule". Kui kaks rongi liiguvad sama kiirusega samas suunas, siis ei ole kummaski rongis istuv reisija võimeline märkama, et kumbki rong liigub. Kui aga reisija võtab fikseeritud võrdlusraamistiku, st fikseeritud punkti, näiteks Maa, siis on ta võimeline märkama kummagi rongi liikumist. Teine asi, kui inimene seisab maa peal, ei ole ta võimeline nägema, et see liigub.
See põhimõte on lihtsalt vaatlusest võetud. Näiteks kui me reisime lennukiga konstantse kiirusega, võime me lennukis sees käia, ilma et märkaksime midagi erilist.
Praktilisest seisukohast tähendab see, et Newtoni liikumisseadused kehtivad kõikides inertsiaalsüsteemides, st rahulikes süsteemides või sellistes, mis liiguvad konstantse kiirusega võrreldes rahulikuks peetava süsteemiga. See on inertsuse seadus: keha, mis on rahus, püsib rahus ja liikuv keha püsib sirgjoonelises liikumises, kui seda ei mõjuta väline jõud. Galilei koordinaatsüsteem on selline, kus kehtib inertsuse seadus. Galilei ja Newtoni mehaanikaseadused kehtivad Galilei koordinaatsüsteemis. Kui K on Galilei koordinaatsüsteem, siis iga teine süsteem K' on Galilei koordinaatsüsteem, kui see on K suhtes paigal või liigub vastavalt inertsuse seadusele. K' suhtes kehtivad Galileo ja Newtoni mehaanilised seadused sama hästi kui K suhtes.
Kui K' on K suhtes koordinaatsüsteem, mis liigub vastavalt inertsuse seadusele ja ei ole pöörlemisvaba, siis loodusseadused alluvad K' suhtes samadele üldistele põhimõtetele kui K-s. Seda avaldust nimetatakse relatiivsuspõhimõtteks.Teisisõnu, kui mass m on puhkeseisundis või liigub konstantse kiirendusega (konstantne kiirendus võib olla võrdne nulliga, millisel juhul kiirus jääks konstantseks) sirgjoonel Galilei koordinaatsüsteemi K suhtes, siis on ta ka puhkeseisundis või liigub konstantse kiirendusega sirgjoonel teise koordinaatsüsteemi K' suhtes, tingimusel et süsteemi K' suhtes kehtib inertsuse seadus (teisisõnu, tingimusel, et see on Galilei koordinaatsüsteem).
Seega, kui me tahame täheldada efekti liikuvas süsteemis konstantsel kiirusel, saame rakendada otseselt Newtoni seadusi. Kui liikuv süsteem kiireneb (või me kiirendame selle suhtes, näiteks vaadeldes tähti Maalt), siis peame selle efekti kompenseerimiseks kasutusele võtma kujuteldavad jõud.
Neid fiktiivseid jõude nimetatakse tsentrifugaaljõuks ja coriolise jõuks.
Newtoni liikumisseadused on mehaaniliselt täpsed kiiruste puhul, mis on valguse kiirusega võrreldes aeglased. Kiiruste puhul, mis lähenevad valguse kiirusele, on vaja rakendada Einsteini erilise relatiivsusteooria avastusi.
Selleks, et kirjeldada universumis toimuvat mehaaniliselt, kasutavad füüsikud massi, pikkust ja aega. Galileo ja Newtoni füüsikas jäävad need suurused kogu universumis samaks.
Einsteini erilise relatiivsusteooria järgi võivad need suurused muutuda.
Seotud leheküljed
- Üldine relatiivsusteooria
- Eriline relatiivsusteooria
Küsimused ja vastused
K: Mis on relatiivsuspõhimõte?
V: Relatiivsuspõhimõte väidab, et füüsikaseadusi kirjeldavad võrrandid on kõikides vaatevõrrandites ühesugused.
K: Kes pakkus selle põhimõtte esimesena välja?
V: Kreeka filosoof Aristoteles esitas selle põhimõtte esimest korda 300 eKr.
K: Mida tõestas Galileo Galilei?
V: Galileo Galilei tõestas, et kõik objektid langevad sama kiirendusega, sõltumata nende massist.
K: Kuidas Galileo avastused sünnitasid moodsa teaduse?
V: Galileo avastused ja Newtoni matemaatiliselt väljatöötatud liikumisseadused sünnitasid kaasaegse teaduse.
K: Mida tähendab see, kui kaks rongi liiguvad sama kiirusega samas suunas?
V: Kui kaks rongi liiguvad sama kiirusega samas suunas, siis ei märka kummaski rongis istuv reisija, et kumbki rong liigub. Kui nad aga võtavad fikseeritud võrdlusraamistiku (näiteks Maa), siis on nad võimelised märkama selle liikumist.
K: Kuidas kehtivad Newtoni seadused, kui kiirus läheneb valguskiirusele?
V: Kui kiirused lähenevad valguse kiirusele, tuleb Newtoni liikumisseaduste asemel rakendada Einsteini relatiivsusteooria eriseadusi, sest need seadused jäävad mehaaniliselt täpseks ainult kiiruste puhul, mis on valguse kiirusega võrreldes aeglased.
