Sistema de referència
Encinemàtica,unsistema de referènciaés un conjunt de magnituds per poder mesurar la posició d'un objecte en el temps i en l'espai.[1]Un sistema compost per coordenades espacials (amb les que l'observador pot caracteritzar l'esdeveniment amb les seves coordenadesx, y, z) i per un instantt,que és el moment en què succeeix.[1][2]
El primer element és el punt de referència. Consisteix en un punt escollit arbitràriament, pertanyent a un objecte físic, a partir del qual es prenen totes les mesures. El segon element són els eixos decoordenades.Els eixos de coordenades tenen com a origen el punt de referència, i serveixen per determinar la direcció i el sentit del cos enmoviment.Quan l'objecte es mou enlíniarecta, només fa falta un eix. Quan es mou per unplafan falta dos eixos. Per moviments en l'espai, s'empren tres eixos. Els eixos de coordenades més emprats són els eixos usuals a lesmatemàtiques,anomenats(x,y,z),on l'eixxés horitzontal, positiu cap a la dreta i negatiu cap a l'esquerra; l'eixyés vertical, positiu cap amunt i negatiu cap avall; i l'eixzmesura la profunditat, positiu quan s'apropa i negatiu quan s'allunya.
Quan s'estudien moviments respecte a la superfície de laTerra,s'acostuma a fer passar l'eixyo l'eixzpel centre de la Terra, amb l'origen de coordenades situat a la superfície.
El tercer element és l'origen en el temps, un instant a partir del qual es mesura el temps. Aquest instant acostuma a coincidir amb un succés concret, com el naixement de Crist que s'empra com a origen al calendari cristià. En cinemàtica l'origen temporal coincideix moltes vegades amb l'inici del moviment que s'estudia.
Aquests tres elements: punt de referència, eixos de coordenades i origen temporal, formen el sistema de referència. Però per poder emprar un sistema de referència calen unes unitats de mesura que ens serveixin per quantificar. Les unitats són convencionals, i es defineixen agafant com a referència elements físicament constants. A un conjunt d'unitats i les seves relacions se l'anomenasistema d'unitats.En elSistema Internacional d'Unitatso S.I., s'empra elmetrecom unitat de l'espai i elsegoncom unitat del temps.
El sistema de referència depèn delmodelfísic que s'estudia i s'escull de manera que faci l'estudi més fàcil. Els resultats finals són independents del sistema escollit. A vegades convé emprar diferents sistemes pel mateix problema.
La no existència d'un sistema de referència absolut, i les relacions que s'estableixen entre diferents sistemes de referència, són estudiades per larelativitat clàssicadeGalileo Galilei.
Introducció
modificaMecànica clàssica
modificaÉs una de les grans subdivisions de lamecànica,es refereix a un conjunt delleis físiquesque descriuen el comportament dels cossos sotmesos a l'acció d'un sistema deforces,descriu de manera força precisa gran part dels fenòmens mecànics que podem observar directament a la nostra vida quotidiana. L'altra gran subdivisió és lamecànica quàntica.
La mecànica clàssica és aplicable als cossos continus, a velocitats baixes (és a dir, molt per sota de lavelocitat de la llum) i de mida molt més gran que elsàtomso lesmolècules.La podem utilitzar per descriure el moviment de tota classe d'objectesmacroscòpics,des delsprojectilsfins a parts de lesmàquinespassant pelsobjectes astronòmicscom lesnaus espacials,elsplanetes,lesestrelleso lesgalàxies.Dins d'aquests dominis ofereix resultats força acurats, es tracta d'una de les matèries més antigues enciència,enginyeriaitecnologia.
Mecànica largrangiana
modificaÉs una reformulació de lamecànica clàssicanewtoniana introduïda perJoseph Louis Lagrangeel 1788. En la formulació lagrangiana, la trajectòria d'un objecte es troba cercant la trajectòria tal que l'acció,S, té un valor estacionari (). L'acció és la suma (la integral, de fet) en el temps d'una funció anomenadalagrangià,definida com a l'energia cinèticamenys l'energia potencial.Cal remarcar que no es tracta de cap teoria nova, és simplement la mecànica newtoniana amb eines matemàtiques més sofisticades. L'avantatge és que en aquest cas, el plantejament i les equacions resultants que cal resoldre són molt més simples.
Mècanica relativista
modificaEl sistema de referència en relativitat és més complexa, ja que en general no pot establir-se un origen de temps vàlid per a qualsevol observador amb independència del punt de l'espai en què es trobi. En principi un sistema de referència queda definit en relativitat especificant un conjunt d'observadors repartits inicialment per una hipersuperfície de l'espai temps. Hi ha sistemes que anomenats sincronitzaves que si permeten establir un origen de temps comú, però aquests sistemes només poden existir en un espaitemps estacionari. Els problemes associats a la "relativitat del temps" obliguen que la definició de sistema de referència en teoria de la relativitat general sigui notòriament més complicada que en mecànica clàssica.
Larelativitat generales defineix un sistema de referència com un conjunt d'observadorslocals, és a dir, un sistema de referència és uncamp vectorial,les corbes integrals són, observadors locals, és a dir, corbes temporals.
Sistema de referència inercial i no inercial
modificaSistema de referència inercial
modificaUnsistema inercialés unsistemano sotmès a capforçaexterior i que, per tant, es desplaça avelocitatconstant. Aquests sistemes són els únics que compleixen les treslleis de Newton.En cas contrari, es diu que és unsistema de referència no inercial.
Donat un sistema de referència inercial, un segon sistema de referència serà no inercial quan descrigui un moviment accelerat respecte al primer. L'acceleraciódel sistema no inercial pot ser deguda a:
- Un canvi en elmòdulde la seva velocitat detranslació(acceleració lineal).
- Un canvi en ladireccióde la seva velocitat de translació (per exemple, en un moviment de gir al voltant d'un sistema de referència inercial).
Sistema de referència no inercial
modificaUnsistema de referènciaésno inercialquan en ell no es compleixen lesLleis del moviment de Newton.Donat unsistema de referència inercial,un segon sistema de referència serà no inercial quan descrigui un moviment accelerat respecte al primer. L'acceleraciódel sistema no inercial pot ser deguda a:
Referències
modifica- ↑1,01,1«Sistema de referència».Gran Enciclopèdia Catalana.[Consulta: 6 octubre 2022].
- ↑Kovalevsky,J.;Mueller,Ivan I. «Introduction». A:Reference Frames.154. Springer Netherlands, 1989, p. 1–12 (Astrophysics and Space Science Library).DOI10.1007/978-94-009-0933-5_1.ISBN 978-94-010-6909-0.
Vegeu també
modifica