Princíp relativity

Vo fyzike je princíp relativity požiadavkou, aby rovnice opisujúce fyzikálne zákony boli rovnaké pre všetky referenčné rámce.

Grécky filozof Aristoteles si v roku 300 pred Kristom myslel, že ťažké predmety padajú rýchlejšie ako predmety, ktoré nie sú ťažké. Aristotelova prírodná veda bola v západnom myslení najpopulárnejšia 2 000 rokov.

V roku 1600 taliansky astronóm Galileo Galilei dokázal, že všetky objekty padajú s rovnakým zrýchlením. Preto platí, že čím dlhšie sa objekt pohybuje s konštantným zrýchlením, tým väčšia je jeho konečná rýchlosť. Taktiež, ak rôzne predmety, z ktorých každý má inú hmotnosť, spadnú z pokoja (počiatočná rýchlosť je nulová) do rovnakej výšky vo vákuu, všetky dopadnú na zem rovnakou rýchlosťou bez ohľadu na ich hmotnosť. Galileiho experimentálne objavy a Newtonom matematicky vypracované pohybové zákony dali vzniknúť modernej vede.

Galileiho princíp relativity hovorí, že "mechanickými prostriedkami nie je možné povedať, či sa pohybujeme alebo zostávame v pokoji". Ak sa dva vlaky pohybujú rovnakou rýchlosťou v rovnakom smere, potom cestujúci v jednom z nich nebude schopný spozorovať, že sa niektorý z vlakov pohybuje. Ak si však cestujúci vezme pevný referenčný rámec, pevný bod, napríklad Zem, potom bude schopný všimnúť si pohyb jedného z vlakov. Ďalšia vec, ak človek stojí na Zemi, nebude schopný vidieť, že sa pohybuje.

Táto zásada je prevzatá len z pozorovania. Ak napríklad cestujeme lietadlom konštantnou rýchlosťou, môžeme prechádzať vnútrom lietadla bez toho, aby sme si všimli niečo zvláštne.

Z praktického hľadiska to znamená, že Newtonove pohybové zákony platia vo všetkých inerciálnych sústavách, teda v sústavách v pokoji alebo v sústavách pohybujúcich sa konštantnou rýchlosťou vzhľadom na sústavu v pokoji. Ide o zákon zotrvačnosti: teleso v pokoji zostáva v pokoji a teleso v pohybe pokračuje v priamočiarom pohybe, pokiaľ naň nepôsobí vonkajšia sila. Galileov súradnicový systém je systém, v ktorom platí zákon zotrvačnosti. Galileiho a Newtonove zákony mechaniky platia v galileovskom súradnicovom systéme. Ak je K galileovský súradnicový systém, potom každý iný systém K' je galileovský súradnicový systém, ak leží v pokoji alebo sa pohybuje podľa zákona zotrvačnosti vzhľadom na K. Vo vzťahu ku K' platia Galileiho a Newtonove mechanické zákony rovnako ako vo vzťahu ku K.

Inými slovami, ak je hmotnosť m v pokoji alebo sa pohybuje s konštantným zrýchlením (konštantné zrýchlenie môže byť rovné nule, v tom prípade by rýchlosť zostala konštantná) po priamke vzhľadom na galileovský súradnicový systém K, potom bude v pokoji alebo sa pohybuje s konštantným zrýchlením po priamke aj vzhľadom na druhý súradnicový systém K' za predpokladu, že v systéme K' platí zákon zotrvačnosti (inými slovami, že ide o galileovský súradnicový systém).

Ak teda chceme pozorovať účinok v pohybujúcej sa sústave s konštantnou rýchlosťou, môžeme priamo aplikovať Newtonove zákony. Ak sa pohybujúca sa sústava zrýchli (alebo my sa voči nej zrýchlime, napríklad pri pohľade na hviezdy zo Zeme), budeme musieť zaviesť imaginárne sily, aby sme tento efekt kompenzovali.

Tieto fiktívne sily sa nazývajú odstredivá sila a Coriolisova sila.

Newtonove pohybové zákony sú mechanicky presné pre rýchlosti, ktoré sú pomalé v porovnaní s rýchlosťou svetla. Pri rýchlostiach, ktoré sa približujú rýchlosti svetla, je potrebné uplatniť objavy Einsteinovej špeciálnej teórie relativity.

Fyzici používajú na opis mechanického diania vo vesmíre hmotnosť, dĺžku a čas. Vo fyzike Galileiho a Newtona zostávajú tieto veličiny v celom vesmíre rovnaké.

Vďaka Einsteinovej špeciálnej teórii relativity sa tieto veličiny môžu meniť.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to princíp relativity?

Otázka: Kto prvý navrhol tento princíp?

Otázka: Čo dokázal Galileo Galilei?

Otázka: Ako Galileiho objavy viedli k vzniku modernej vedy?

Otázka: Čo to znamená, ak sa dva vlaky pohybujú rovnakou rýchlosťou v rovnakom smere?

Otázka: Ako sa uplatňujú Newtonove zákony, keď sa rýchlosť blíži rýchlosti svetla?

Hľadajte podľa písmena