Hệ tọa độ

Buzz

Nội dung bài viết

Lý thuyết cơ học cổ điển

Các lực

Lý thuyết tương đối

Lý thuyết tương đối hẹp

Lý thuyết tương đối rộng

Xem thêm

Đọc tóm tắt

- Hệ tọa độ trong cơ học giúp xác định vị trí và thời gian sự kiện.
- Thay đổi hệ tọa độ dẫn đến thay đổi vị trí và thời gian.
- Lực vật lý phụ thuộc vào vị trí và vận tốc.
- Hệ tọa độ chia thành quán tính và phi quán tính.
- Hệ quy chiếu quán tính không có lực quán tính.
- Định luật Newton chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính.
- Lý thuyết tương đối mở rộng khái niệm không gian và thời gian.
- Không-gian thời-gian không thay đổi dưới biến đổi hệ quy chiếu.

Trong lĩnh vực cơ học, hệ tọa độ là một hệ thống giúp xác định vị trí của các điểm trên vật thể và các vật thể khác, kèm theo việc đo thời gian để ghi nhận các sự kiện.

Cùng một sự kiện vật lý, khi ta thay đổi hệ tọa độ, vị trí và thời gian xảy ra sẽ thay đổi tương ứng.

Lý thuyết cơ học cổ điển

Thay đổi hệ tọa độ có thể dẫn đến thay đổi về ghi nhận thời gian và vị trí của các sự kiện. Tuy nhiên, khoảng thời gian giữa các sự kiện trong lý thuyết cơ học cổ điển là không đổi, độc lập với hệ tọa độ. Đó được gọi là thời gian tuyệt đối trong cơ học cổ điển. Tương tự, khoảng cách giữa các điểm trong không gian của lý thuyết cơ học cổ điển không thay đổi khi thay đổi hệ tọa độ.

Sự thay đổi ghi nhận về vị trí trong lý thuyết cơ học cổ điển dẫn đến sự phụ thuộc của vận tốc, gia tốc, động lượng và các lực vật lý vào vận tốc hoặc vị trí, được gọi là 'tính tương đối' dưới sự biến đổi hệ tọa độ. Đặc biệt, tính tương đối của các lực trước khi biến đổi hệ tọa độ có thể giúp phân loại chúng thành hai loại.

Các lực

Các lực tác động lên vật thể có thể không phụ thuộc vào hệ tọa độ (ví dụ như lực chỉ phụ thuộc vào khoảng cách, một đại lượng không thay đổi khi hệ tọa độ thay đổi) hoặc phụ thuộc vào hệ tọa độ (ví dụ như lực từ, phụ thuộc vào vận tốc của các hạt mang điện).

Có thể phân loại các lực thành hai loại dựa trên tính tương đối của chúng. Các lực không phụ thuộc vào biến đổi hệ tọa độ, hoặc không bao giờ biến mất dưới sự biến đổi hệ tọa độ, có thể được quy về các lực cơ bản. Các lực phụ thuộc vào biến đổi hệ tọa độ và luôn tìm được hệ tọa độ khiến lực này biến mất được gọi là lực quán tính.

Trong lý thuyết cơ học cổ điển, hệ tọa độ được chia thành hai loại: hệ tọa độ quán tính và hệ tọa độ phi quán tính.

Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu trong đó không có sự xuất hiện của lực quán tính. Theo một định nghĩa khác, hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu trong đó chuyển động của các hạt tự do là chuyển động thẳng đều. Điều này có nghĩa là mọi lực tác động lên các vật thể trong hệ quy chiếu này có thể quy về các lực cơ bản. Theo định luật thứ nhất của Newton, khi không có lực quán tính, một vật trong hệ quy chiếu quán tính sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều khi tổng của các lực cơ bản tác dụng lên vật bằng không. Tương tự, định luật thứ hai của Newton và các định luật cơ học khác chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính, nơi không có lực quán tính. Lev Landau đưa ra một định nghĩa khác, không dựa vào lực quán tính.

Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mô tả không gian và thời gian một cách đồng nhất, không hướng, và không phụ thuộc vào thời gian.

Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có sự xuất hiện của lực quán tính. Trong cơ học cổ điển, đây là các hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu này, dạng của các định luật cơ học cổ điển chỉ chứa các lực cơ bản có thể thay đổi so với trong các hệ quy chiếu quán tính do có sự xuất hiện của lực quán tính. Các định luật cơ học bao gồm cả lực quán tính sẽ không cần thay đổi.

Trong cơ học cổ điển, một hệ quy chiếu chuyển động không có gia tốc (chuyển động thẳng đều hoặc đứng yên) so với một hệ quy chiếu quán tính khác cũng được coi là hệ quy chiếu quán tính. Nguyên lý của Galileo trong cơ học cổ điển xem xét mọi hiện tượng cơ học diễn ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính. Sau này, Albert Einstein mở rộng tính chất này và cho rằng tất cả các quá trình vật lý diễn ra như nhau trong hệ quy chiếu quán tính (lý thuyết tương đối hẹp), và sau đó là trong mọi hệ quy chiếu (lý thuyết tương đối rộng).

Trong thực tế, hầu hết các hệ quy chiếu không thể gắn với các vật thể là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn vì mọi vật thể đều có gia tốc so với nhau. Hệ quy chiếu liên quan đến Trái Đất cũng không phải là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn. Ví dụ, trọng lượng giả của mọi vật trên Trái Đất cũng thay đổi do sự quay của Trái Đất. Một vật ở xích đạo sẽ nhẹ hơn một vật ở hai cực khoảng 0.35% do lực ly tâm trong hệ quy chiếu quay của bề mặt Trái Đất ở xích đạo. Tuy nhiên, ta có thể coi hệ quy chiếu này gần như là hệ quy chiếu quán tính nếu các lực quán tính rất nhỏ so với các lực khác.

Lý thuyết tương đối

Trong lý thuyết tương đối, việc thay đổi hệ quy chiếu có thể làm thay đổi thời gian giữa các sự kiện và khoảng cách giữa các điểm. Không gian và thời gian không tồn tại độc lập mà được kết hợp thành một khái niệm duy nhất là không-gian thời-gian. Khái niệm 'khoảng cách' được mở rộng sang không-gian thời-gian để nó không thay đổi dưới các biến đổi hệ quy chiếu.

Lý thuyết tương đối hẹp

Lý thuyết tương đối rộng

Theovi.wikipedia.org

Copy link

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Hệ tọa độ trong cơ học có vai trò gì trong việc xác định vị trí?

Hệ tọa độ trong cơ học giúp xác định vị trí của các điểm trên vật thể và các sự kiện xảy ra, cho phép đo thời gian và phân tích các hiện tượng vật lý chính xác hơn.

Thời gian tuyệt đối trong lý thuyết cơ học cổ điển có ý nghĩa gì?

Thời gian tuyệt đối trong lý thuyết cơ học cổ điển có ý nghĩa là khoảng thời gian giữa các sự kiện không thay đổi, bất kể hệ tọa độ nào được sử dụng để ghi nhận chúng.

Sự khác biệt giữa hệ tọa độ quán tính và phi quán tính là gì?

Hệ tọa độ quán tính là hệ không có lực quán tính, trong khi hệ phi quán tính có sự xuất hiện của lực quán tính, làm thay đổi hình thức của các định luật cơ học.

Lý thuyết tương đối hẹp của Einstein có những đặc điểm gì nổi bật?

Lý thuyết tương đối hẹp của Einstein nổi bật với việc khẳng định rằng mọi quy trình vật lý diễn ra giống nhau trong các hệ quy chiếu quán tính, đồng thời kết hợp không gian và thời gian thành một khái niệm thống nhất.

Định luật thứ nhất của Newton áp dụng trong hệ quy chiếu quán tính như thế nào?

Theo định luật thứ nhất của Newton, trong hệ quy chiếu quán tính, một vật sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều khi tổng lực tác dụng lên nó bằng không.

Tại sao Trái Đất không phải là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn?

Trái Đất không phải là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn vì mọi vật thể trên bề mặt Trái Đất đều có gia tốc do sự quay của Trái Đất, dẫn đến sự thay đổi trọng lượng giả.