導入
物理学では、ガリレオ座標系、または慣性座標系は、孤立した物体 (力が及ばないか、合力がゼロである) が静止しているか、等速直線並進運動をしている座標系です。これは、ニュートンの第一法則で述べられている慣性の原理がそこに適用されることを意味します。
したがって、ガリレオ座標系は、ガリレオ、特にガリレオ相対性理論に敬意を表して名付けられました。
慣性基準系の探索はデリケートな問題であり、そのような基準系の具体的な決定は常に近似的なものです。
ガリレオ座標系と比較して加速された動きによってアニメーション化される非慣性座標系では、慣性の力を導入する必要があります。
意味
特殊相対性理論のような古典物理学では、観察者の空間は、観察される物体の動きをパラメータ化するために使用される時間が関連付けられた 3次元のアフィン空間に同化されます。
ガリレオ座標系は、空間が均一かつ等方的で時間的に均一であり、自由物体 (力の影響を受けない) が均一な直線運動によって動かされる座標系です。不動は特殊なケースです。
- ニュートン力学では、すべてのガリレイ座標系は等価です。2 人の観測者OとO’ が相互に一様な並進運動によって移動する場合、 Oが次のように仮定されているかどうかに関係なく、同じ運動の法則がそれらのそれぞれに適用されます。 「不動」参照（この場合、 O’ は動いています）、またはO’ は動かず、 Oは動いていると仮定されるかどうかです。ニュートン力学の文脈では、仮説によれば、時間はすべての観測者にとって同じ速度で経過します。これは、ある基準系で校正された時計が、ガリレオであろうと、ガリレオであろうと、他のどの基準系でも同じ時間を計測し続けることを意味します。ない。時間のことをニュートンといいます。
- 特殊相対性理論では、ガリレオ座標系の等価性も有効であると仮定されます。ただし、ニュートンの絶対時間の仮説は、光速不変の仮説に置き換えられます。これは、どのガリレオ座標系でも同じです。特殊相対性理論により、観察者は、それぞれの基準系における光速度が不変であるという仮定に基づいて見かけの時間と距離を定義し、拡張座標系(時空) を構築して 2 つの事象間の時間と距離を測定することができます。したがって、異なる基準系に位置する観測者は、2 つの同じイベントの間で時間と空間の異なる分離を取得しますが、時空間隔は変化しません。つまり、選択したガリレイ基準系から独立しており、不変です。
ニュートン力学により、任意の座標系で推論することが可能になりますが、通常、分析を簡素化するためにガリレオ座標系を使用することが好まれます。一方、特殊相対性理論はガリレオ座標系にのみ適用され、他の座標系は一般相対性理論で研究されます。
例
- 衛星の質量中心と「固定」の方向を考えてみましょう（最も遠くにある星、クエーサーは固定されているように「見える」 ）。これは、宇宙カプセル内で物体が浮いているため、準ガリレオ座標系を定義します。無重力状態。地心リンク基準系は、ほぼガリレオ式と考えることができます。経験上、そこに打ち上げられた物体には、一様な直線運動と重力 (空気の摩擦、アクシフュージ効果を無視した場合) によって影響を受ける運動が加わった運動が行われることが示されています。地球の地軸を中心とした回転と、主に太陽と月の星による潮汐力の差によるものです。
- 非慣性座標系の例:道路に対して加速する車両の座標系では、物体は加速度と反対の方向に移動する傾向があり、 「実際の」力はそれらに加えられません。 ;ある点(旋回中の車両)の周りを回転する基準系では、オブジェクトは旋回の外側に向かって移動する傾向があります。
経験との対決
実際には、現実の物体に関連付けられた参照フレームは、近似的に、局所的に、そして瞬間的にガリレオ式になることしかできません。
他の基準系と比較すると、空間は物理的に不均一かつ異方性であり、時間も不均一であり、この場合、単純な現象の記述であっても非常に複雑な形をとる可能性があります。たとえば、回転するカルーセルの中に身を置くと、オブジェクトがカルーセルの外側に向かって移動する傾向があることがわかります。この観察された動きは、カルーセルにリンクされた参照フレーム内で物理的な違いが徐々に存在することを示しています。中心から始まり、周辺に向かって進みます（空間は物理的に均一ではありません）。
しかし、経験によれば、空間は（ほぼ）均一かつ等方性であり、時間は均一であるというガリレオ座標系を常に見つけることができます。実際には、ほぼ慣性座標系で満足しており、検討した実験にとって満足のいく近似であると考えられます。したがって、地球の回転の影響が無視できない場合を除き、地球の基準座標系はガリレオ座標であると仮定できます。実験室での短期間の実験では、ミサイルの軌道の計算では一般的に受け入れられます。弾道、いいえ。
