Relativitatea galileană

În fizică , relativitatea galileană afirmă că legile mecanicii au întotdeauna aceeași formă în cadrul de referință inerțial . Din aceasta rezultă că niciun experiment nu poate face posibilă distingerea a două sisteme de referință în mișcare rectilinie uniformă. Este primul exemplu istoric explicit al principiului relativității .

Galileo a descris principiul în 1632 în Dialogul său despre cele mai mari două sisteme ale lumii, folosind exemplul unei nave care călătorește cu viteză constantă, fără zgomot, pe o mare perfect calmă: orice observator care experimentează sub punte nu poate determina dacă nava se mișcă sau staționare. În a doua zi a cărții, copernicanul Filippo Salviati afirmă textual:

„Taci cu un prieten în cea mai mare cameră care se află sub acoperirea oricărei nave grozave și acolo s-ar putea să ai muște, fluturi și animale zburătoare similare: există, de asemenea, un vas mare de apă și în el niște pești mici; câteva găleți trebuie, de asemenea, suspendate în partea de sus, care picătură cu picătură varsă apă într-o altă vază cu gura îngustă care este plasată jos; și în timp ce nava este staționară, urmăriți cu sârguință cum animalele zburătoare cu viteză egală merg spre toate părțile camerei. [..] Observați că veți avea cu sârguință toate aceste lucruri, deși nu există nicio îndoială în timp ce nava este staționară, nu ar trebui să se întâmple așa: faceți nava să se miște cât de repede doriți; deoarece (deși are o mișcare uniformă și nu fluctuează ici și colo) nu veți recunoaște nicio mică mutație în toate efectele menționate anterior; nici nu veți putea înțelege de la niciunul dintre ei dacă nava merge sau chiar stă nemișcată ".

( Salviati, a doua zi . )

Transformări

Galileo Galilei

Galileo a dezvoltat reguli pentru transformarea coordonatelor, numite transformări galileene , care au făcut posibilă exprimarea celor trei coordonate spațiale într-un sistem de referință, în timp ce le cunoștea expresia în altul; acest lucru permite mutarea analizelor de la un observator inerțial la altul. Atunci când fac măsurători, cei doi observatori sunt departe unul de celălalt și, deoarece observațiile lor trebuie făcute în același moment, trebuie să facă schimb de semnale. Galileo era perfect conștient de această problemă, atât de mult încât a încercat să măsoare viteza luminii între doi observatori care făceau semnale cu un felinar. El a dedus că viteza este foarte mare și a respins întrebarea ca fiind irelevantă din punct de vedere practic.

Potrivit lui Galilei (și mai târziu Newton), timpul, care poate fi considerat a patra coordonată, este același în ambele sisteme inerțiale. Adică, în contextul mecanicii clasice, toate ceasurile rulează cu același ritm și, în consecință, intervalele de timp dintre două evenimente succesive vor fi aceleași pentru ambii observatori. Deși această ipoteză pare evidentă, Einstein a demonstrat ulterior în teoria sa relativă specială că este considerabil incorectă atunci când se ocupă de situații în care viteza relativă a celor două sisteme este comparabilă cu cea a luminii.

Compoziția de viteză

Cea mai importantă consecință a transformărilor galileene este compoziția vitezei. Un exemplu este dat de o barcă care se mișcă cu viteză $v$ ${\ displaystyle v}$ $v$ comparativ cu apa unui canal care la rândul său se mișcă cu viteza $tu$ ${\ displaystyle u}$ $tu$ decât malul. Un observator $SAU$ ${\ displaystyle O}$ $SAU$ este solidar cu țărmul, altul ${SAU}^{'}$ ${\ displaystyle O '}$ ${\ displaystyle O '}$ cu curentul.

Transformarea din Galileea ne spune că:

v_{1}(t)=v_{2}(t)+v_{1-2}(t)

{\ displaystyle v_ {1} (t) = v_ {2} (t) + v_ {1-2} (t)}

v_ {1} (t) = v_ {2} (t) + v _ {{1-2}} (t)

și, prin urmare, că:

v=v'_{o}+u

{\ displaystyle v = v '_ {o} + u}

{\ displaystyle v = v '_ {o} + u}

Compoziția mișcărilor este explicată în contextul relativității galileene. ${SAU}^{'}$ ${\ displaystyle O '}$ ${\ displaystyle O '}$ este solidar cu curentul. Pentru el barca se mișcă cu viteză $v'_{0}$ ${\ displaystyle v '_ {0}}$ ${\ displaystyle v '_ {0}}$ . Pentru O barca se deplasează împotriva curentului cu viteza v, curentul cu viteza "u". Dacă v _o 'și u sunt constante, v este, de asemenea, constantă și, prin urmare, mișcarea bărcii este rectilinie uniformă. Prin urmare, pentru observatorul O , vitezele curentului și ale bărcii sunt compuse prin adunarea când barca merge în direcția curentului și scăderea când merge împotriva curentului. Trebuie subliniat faptul că O ' , cu instrumentele sale, măsoară întotdeauna viteza v a bărcii în raport cu apa și poate măsura, de asemenea, viteza cu care curge apa în fața lui O. Acesta din urmă măsoară și viteza cu care se mișcă apa și, spre deosebire de O ' , măsoară și viteza lui O' în raport cu malul canalului.

Săgeata lui Leonardo

Compoziția vitezei era deja cunoscută de Leonardo da Vinci, care în codul Leicester scrie exemplul unui arcaș care trage o săgeată din centrul Pământului spre suprafață. Exemplul este luat mai formal de Galilei (1632). Aici un observator în afara Pământului vede mișcarea rectilinie a săgeții de-a lungul unei raze și mișcarea de rotație a Pământului se reunesc. Mișcarea rezultată va fi o spirală a lui Arhimede .

Urmări

Fiecare mișcare poate fi descrisă numai cu privire la un observator care se consideră staționar, întrucât este integral cu sistemul de referință pe care îl folosește pentru măsurători. Ceea ce ne face să spunem că fiecare observator, închis în cadrul său de referință , nu poate ști dacă este în mișcare sau este staționar. Galilei dă exemplul cuiva care face mai multe observații în calea unei nave mari în mișcare și vede că acestea nu diferă de cele pe care le-a făcut anterior pe uscat. Principiul relativității poate fi exprimat în multe moduri, dar afirmă în esență că legile fizicii sunt invariante pentru observatorii în mișcare relativă uniformă. În practică, un sistem de referință inerțial (deci în mișcare constantă) corespunde unui sistem în repaus.

Limite

Condițiile a priori ale teoriei relativității galileene sunt observatorii îndepărtați, cu ceasuri diferite:

pot atribui un timp comun fenomenelor observate
pot stabili dacă anumite evenimente sunt simultane sau nu

Se imaginează că cei doi observatori își pot sincroniza ceasurile trimițându-și reciproc un semnal. S-ar putea crede că sincronizarea este posibilă chiar dacă viteza semnalului (luminii) este finită. Doar știți. Dar acest lucru nu este posibil, deoarece relativitatea galileană are limita sa asupra dimensiunii temporale.

De fapt, spre sfârșitul anului 1800, Ernst Mach și mai mulți alții, inclusiv Hendrik Lorentz , s-au ciocnit cu limitele relativității galileene, care nu era utilizabilă pentru fenomenele electromagnetice . În special, legile electricității și magnetismului păreau să depindă de sistemul de referință utilizat. În practică, transformarea galileană a vitezei:

v=v_{o}^{\prime }+u

{\ displaystyle v = v_ {o} ^ {\ prime} + u}

v = v_ {o} ^ {\ prime} + u

nu era aplicabil undelor electromagnetice.

Albert Einstein , în formularea teoriei relativității speciale , s-a confruntat, așadar, cu două tipuri de transformări: transformările lui Galileo , valabile pentru mecanica clasică, și transformările lui Lorentz , valabile pentru electromagnetism , dar fără un sprijin. Teoretician convingător. Situația era foarte ambiguă și nu exista nicio legătură între cele două tipuri de transformări.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre relativitatea galileană

linkuri externe

( EN ) Relativitatea Galileană / Relativitatea Galileană (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 38140

Portalul relativității : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de relativitate

V · D · M Galileo Galilei
Viață și personaje galileene	Galilei (familie) • Viața privată a lui Galileo Galilei • Procesul lui Galileo Galilei • Alessandra Bocchineri • Giovanni Francesco Buonamici • Niccolò Cabeo • Baldassarre Capra • Francesco Ingoli • Roberto Bellarmino • Niccolò Gherardini • Giulia Ammannati • Mario Guiducci • Marina Gamba • Marcantonio Mazzoleni • Vincenzo Galilei • Michelangelo Galilei • Virginia Galilei • Vincenzo Renieri • Giovanni Francesco Sagredo • Vincenzo Viviani • Giovanni Battista Baliani • Cesare Cremonini (filosof) • Paolo Gualdo • Mark Welser • Christoph Scheiner
Contribuții științifice și tehnologice	Metodă experimentală • Relativitate galileană • Transformare galileană • Revoluție astronomică • Termometru galilean • Busolă proporțională • Sateliți medicieni • Pete solare • Izocronism • Teorii muzicale
Lucrări	Dialog despre cele mai mari două sisteme ale lumii • Două științe noi • Il Saggiatore ( Povestea sunetelor ) • Sidereus Nuncius
Locuri galileene	Casa lui Galileo din Florența • Vila Il Gioiello
Instituții științifice	Domus Galilaeana • Museo Galileo