什麼是慣性系統?

2006-11-22 1:48 am
相對論中提及的慣性系統,是什麼?

回答 (2)

2006-11-22 1:58 am
慣性應指物體的特性.
如愛 就指出光運行的速度是一致的,
沒東西阻佢, 佢就會以同一速度運行.
而且光唔會無啦啦唔跟從佢原先的軌X.
(有點像在宇宙能量不滅的道理一樣,
火箭向直線行, 無其他力阻佢的話佢SPEED同方向都唔會改.)
2006-11-22 1:54 am
相對論有絕對與相對:
有兩輛火車並排停在車站,其中一輛車啟動了,另一輛車上的人會以為自己的車在移動。同樣的,兩輛汽車前後停在紅綠燈前,若前面的車子向後滑,後面車上的駕駛會以為自己的車向前滑,而嚇的立刻踩煞車。同一件事,在不同車上(不同系統)的觀察者會看到不同的結果,這就是相對概念。
相對論舉世知名後,愛因斯坦卻開始後悔把他這套研究統稱為相對論。為甚麼呢?因太多一知半解的人只談論相對,而忽略了絕對。愛因斯坦相信,科學定律是絕對的,也就是說,不管在任何情況下,所得到的結果都應該一樣。
舉例來說,在等速直線行駛火車上的人向上拋一球,車上的人看到球是直線下落,可是在車外的人看到的卻是拋物線。這表示在不同系統(座標)的觀察者,會看到不同的結果,這就是相對。但兩人卻都發現球是往下落地,沒錯因為地球引力定律是絕對的,而球拋上落下所花的時間,兩人算出的值也都相同,這也是絕對的。
相對論又分為狹義相對論(特殊相對論)和廣義相對論(一般相對論)兩種:
狹義相對論 愛因斯坦於1905年所發表,他根據兩項公設(基本原理),導出時間和空間是相對的正確觀念。又發現,對速度接近光速的物體,牛頓力學有誤差。此兩項公設是:
1. 光速恆定 在任何慣性座標系中,不論光源與觀察者是靜止或運動,光速一律不變。
**慣性座標系 在某一座標系中,不受外力的物體必保持靜止或等速直線運動,稱為慣性座標。
2. 相對性(同等性)原理 在慣性座標中,物理定律都是相同的。
依照狹義相對論,會得到許多與古典物理不同及根據常識想像不到的結果。例如以下的四個學說:
(A) 同時刻的相對性 在A系統中同時發生的事,從B系統看,卻不一定是同時發生。
(B) 長度收縮 物體運動速度愈快,其長度會愈短。
不過這種情況,在日常生活中是體驗不到的,因為它有個前提,就是物體運動速度必須接近光速才比較明顯。
(C) 時間延遲 運動中的系統速度愈快,時間會變的愈慢。
不過這也須系統速度接近光速才能明顯看出時間變慢。
(D) 質能互換 E=MC2
此公式可從兩方面來看 (A)當物質得到能量而運動時,它的質量會增加。
(B)當質量損失時,也會轉換成能量。
但狹義相對論只能涵蓋慣性座標系,至於非慣性座標系就要看廣義相對論了。
廣義相對論 愛因斯坦於1915~1916年間所發表,在真實物理世界中,慣性座標系只是理想狀況,例如重力場無所不在,而物體受重力作用會做加速度運動,因此愛氏將狹義相對論的慣性座標推廣到非慣性座標系(如:旋轉座標系,重力場中的座標系),而寫出廣義相對論。他也從兩個基本原理
為何有廣義和狹義之分?

愛因斯坦於1905年提出的狹義相對論則認為:物體運動時,質量會隨著物體運動速度的增大而增加,同時,空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化,即還會發生尺縮效應和鐘慢效應。狹義相對論和光速不變原理的提出,打破了傳統的絕對時空觀,指出了時間、空間和物體的質量不是絕對不變的,而是隨著物體的運動而發生變化。
廣義相對論。

問題還是從一般人認為最平常、最不注意的地方提出的。

牛頓第一定律即慣性定律告訴我們,在作勻速直線運動的慣性系中,物體在不受外力的情況下或者靜止或者作勻速直線運動,這早已是一條檢驗過無數次的真理。假如現在我們坐在一個勻速直線運動的火車上,拉緊窗簾,你感覺不出車在動,你自己坐得很穩,地板上放一個小球,也穩穩地停在那裏,就是說都保持一個靜止狀態。這時突然來一個急剎車,你向前跌了一下,球也向前滾去。你和球都沒有受到什麼外力呀,為什麼會改變這種靜止狀態呢?難道牛頓的慣性定律不適用了嗎?對,就是不適用了,牛頓這條定律只適用於勻速直線運動的慣性系,剛才火車一加速,參照系已經變成非慣性係了。這就像我們在前面講過的"黑體輻射"問題一樣,瑞利公式只適用於較長的波長、較高的溫度,反之就立即失靈,現在慣性定律一到非慣性系也就立即失靈了。那麼能不能像普朗克導出一個兩全其美的公式那樣,也有一個既適應慣性系又適應非慣性系的辦法呢?愛因斯坦正是想到了這一點,於是他要把適用於勻速直線運動的相對論推廣到在非慣性系也能適用,這就是廣義相對原理。

狹義相對論是從人們習以為常的"同時",即絕對時間觀上找見突破口的,廣義相對論也在一個人們司空見慣的問題上找見了突破口。比如手裏拿著一粒石子,一鬆手,石子直線下落。這可以有兩個解釋,一是地球的吸引,就是說石子有引力質量;二是石子自由落體,有慣性質量。這在牛頓定律裏分成兩條來表達,但是這兩個質量怎麼這樣一致呢?看來它們的效果是一樣的,這就是"等效原理"。

慣性是物理學中力學的一個重要概念,它表示物體總有保持原來運動狀態的性質。慣性的大小由品質來量度。剛體力學中,轉動慣量則是量度轉動慣性的大小。

  其實,除力學外,電磁學、熱學、光學、原子物理學等領域也能找到慣性的影子,甚至在自然科學中的化學和生物學領域,也能找到慣性。

  電磁感應現象中感應電動勢(或感應電流)的產生過程就體現了慣性:如下圖所示,當穿過閉合線圈中的磁通量要增加時,由楞次定律可知,感應電流為順時針,即感應電流的磁場總是阻礙電路中的磁通量的變化,若穿過回路的磁通量增大則感應電流產生的磁場阻礙磁通量的增大,即線圈本身有保持原來磁通量大小的性質。楞次定律不就是電學中的慣性定律嗎?對於線圈的自感現象,自感係數L正是量度線圈慣性大小的物理量。

[趣味物理]神奇的“慣性”世界

  “冰凍三尺,非一日之寒”是熱學中的慣性現象的寫照。水在外界環境溫度降低過程中要不斷地向外放熱,去抵抗環境溫度的降低,相反,要解凍,則低溫的水不斷吸熱,以阻止環境溫度的上升。就是說,我們周圍的環境在任何情況下總有保持原來溫度的性質。熔解熱、比熱、汽化熱等概念在某種意義上也是衡量各種物質在熱現象中慣性的大小。

  又如:對氣體的狀態的改變過程,如等溫壓縮過程中,氣體體積減少,壓強就會增大,以阻止氣體進一步被壓縮,即氣體在狀態變化過程中,也體現出保持原來狀態的性質,如果氣體不受外界影響,它將始終保持原有的狀態。查理定律和蓋•呂薩克定律同樣反映了氣體總有保持原來狀態的性質。等溫壓縮係數、體脹係數、壓強係數這些概念也分別在某種意義上反映了氣體的慣性的大小。

  光學中,光在均勻媒介質的直線傳播最能說明光傳播規律中的慣性,光只有在一種介質進入另一種介質中才發生折射,說明外界條件是改變其直線傳播的影響因素,光本身是具有直線傳播的本性的。

  在原子物理學中,天然放射現象中的半衰期的概念很能說明放射性元素的慣性,半衰期正好可以量度其慣性的大小。半衰期長,則該種元素的平均壽命長,即慣性也大。

  上面所說的是物理學中的“慣性”。其實,慣性現象在化學,生物學領域也有體現。

  化學中,化學平衡理論其實就是化學反應裏的慣性原理,當溫度升高時,平衡向吸熱方向移動,其實只有這樣才能阻礙溫度的升高,壓強增大時,反應向分子數減少的方向移動,阻止壓強的增大,而減壓情況正好相反。減少產物濃度時,平衡向正方向移動,以阻礙產物濃度的減少。

  生物學中生態系統的自我調節能力也反映了大自然的慣性。系統中某一因素的漲落,會導致系統中其他因素的變化,使整個系統經過一定階段的調整後又恢復為新的平衡,只要外界的影響不超過生態系統的最大承受能力,這平衡將永遠進行下去。生物學中細胞的分裂,DNA複製,遺傳特性等,從一定側面上也反映了生物世界中的慣性。

  總之,自然現象中,慣性是一種普遍現象,推廣到社會現象也能找到慣性的蹤跡,如人的生活習慣一旦形成就很難改變;深厚的歷史文化對人的影響,也不是一朝一夕就能讓人改變的;當社會發生重大改革時,總是困難重重,如果不大刀闊斧則很難見效。


收錄日期: 2021-04-23 13:33:30
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