Εξηγούμε τι είναι ένα σύστημα αναφοράς στη φυσική, σε τι χρησιμεύει και τις διαφορετικές αντιλήψεις του στην κλασική και σχετικιστική μηχανική.
Τι είναι το σύστημα παραπομπής;
Όταν μιλάμε για σύστημα αναφοράς, συνήθως αναφερόμαστε σε ένα σύνολο συμβάσεων που χρειάζεται ένας παρατηρητής, μέσα σε ένα φυσικομηχανικό σύστημα, για να μπορεί να μετρήσει τη θέση και άλλα φυσικά μεγέθη ενός αντικειμένου υπό μελέτη.
Αυτό σημαίνει ότι ένα πλαίσιο αναφοράς είναι το απαραίτητο πλαίσιο για την κατανόηση των διαστάσεων και των προσανατολισμών ενός αντικειμένου. Για παράδειγμα, αν κοιτάξουμε μια φωτογραφία ενός οστού δεινοσαύρου, είναι αδύνατο να γνωρίζουμε πόσο μεγάλο είναι αν μας λείπεικλίμακα. Γι' αυτό τοποθετούνται χάρακες ή αντικείμενα δίπλα του, για να καθιερωθεί μια σύγκριση. Το τελευταίο είναι ένα μοντέλο αναφοράς για το μέγεθος.
Ωστόσο, η εκτίμηση αυτής της έννοιας στο φυσικός Εξαρτάται από τη συγκεκριμένη οπτική γωνία από την οποία μελετάται:
- Στην κλασική μηχανική. Το σύστημα αναφοράς εννοείται ότι είναι το ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων με το οποίο μπορούμε να μελετήσουμε έναν ευκλείδειο χώρο, όπως συμβαίνει στο αναλυτική γεωμετρία. Για παράδειγμα, ο άξονας των συντεταγμένων που αποτελούν το μεσημβρινοί και παράλληλοι με την οποία οργανωνόμαστε ευφάνταστα ο πλανήτης μας, επιτρέπουν την κατασκευή ενός παγκόσμιου συστήματος αναφοράς που σήμερα γνωρίζουμε ως GPS (Παγκόσμιο Σύστημα Τοποθεσίας) και που χρησιμοποιεί αυτές τις φανταστικές γραμμές ως αναφορά για να εντοπίσει ένα σημείο εντός της υδρογείου.
- Στη σχετικιστική μηχανική. Με το σύστημα αναφοράς κατανοούμε τις χωροχρονικές συντεταγμένες που προσδιορίζουν οποιοδήποτε φυσικό γεγονός που μας ενδιαφέρει, από τέσσερα διάνυσμα ορθοκανονική αναφορά: χωρική τρία (ύψος, μήκος, βάθος) και ένα προσωρινό (καιρός).
Παράδειγμα συστήματος αναφοράς
Χωρίς σύστημα αναφοράς μπορούμε να μπερδέψουμε τις διαστάσεις των αντικειμένων.Ένα απλό και κλασικό παράδειγμα για την κατανόηση της χρήσης συστημάτων αναφοράς βασίζεται σε ένα διαστημόπλοιο που απογειώνεται από την επιφάνεια του Γη.
Για όσους το παρατηρούν από την επιφάνεια, το πλοίο ανεβαίνει και σύντομα δεν φαίνεται, καθώς φαίνεται όλο και μικρότερο καθώς απομακρύνεται. Αντίθετα, για τον πιλότο είναι η Γη που μένει πίσω, απομακρύνεται από το πλοίο και μικραίνει όσο μένει πίσω. Και για τα δύο αυτά κίνηση θα είναι γρήγορο και γραμμικό.
Αλλά για έναν τρίτο θεατή που βρίσκεται στοΦεγγάρι η κίνηση του πυραύλου μπορεί να φαίνεται αργή και μακρινή, ελάχιστη, μόλις και μετά βίας, και θα ανεβάσει ταχύτητα μόνο καθώς τον πλησιάζει στο μονοπάτι του. Αυτή η διαφορά οφείλεται στο γεγονός ότι χρησιμοποιείται διαφορετικό σύστημα αναφοράς σε κάθε περίπτωση.