Relativiteitsprincipe
In de natuurkunde is het relativiteitsprincipe de eis dat de vergelijkingen die de wetten van de natuurkunde beschrijven dezelfde zijn als de alleskunners.
In 300 v.Chr. dacht de Griekse filosoof Aristoteles dat zware voorwerpen sneller vallen dan voorwerpen die niet zwaar zijn. De natuurwetenschap van Aristoteles was het meest populair in het westerse denken gedurende 2000 jaar.
In 1600 bewees de Italiaanse astronoom Galileo Galilei dat alle objecten met dezelfde versnelling vallen. Daarom is het zo dat hoe langer een object met constante versnelling beweegt, hoe sneller de eindsnelheid is. Ook als verschillende objecten met elk een andere massa uit de ruststand vallen (de beginsnelheid is nul) op dezelfde hoogte in een vacuüm, zullen ze allemaal met dezelfde snelheid de grond raken, ongeacht hun massa. De experimentele ontdekkingen van Galileo en de Wetgeving van Beweging die door Newton mathematisch zijn ontwikkeld, hebben de moderne wetenschap doen ontstaan.
Het relativiteitsbeginsel van Galileo stelt: "Het is onmogelijk om met mechanische middelen te zeggen of we bewegen of blijven rusten". Als twee treinen met dezelfde snelheid in dezelfde richting rijden, zal een reiziger in een van beide treinen niet kunnen merken dat een van beide treinen beweegt. Als de reiziger echter een vast referentiekader neemt, een vast punt, zoals de aarde, dan zal hij de beweging van beide treinen kunnen opmerken. Een ander ding, als men op de aarde staat zal men niet kunnen zien dat de trein in beweging is.
Dit principe is zojuist uit de waarneming gehaald. Als we bijvoorbeeld met een vliegtuig met een constante snelheid reizen, kunnen we door de binnenkant van het vliegtuig lopen zonder iets bijzonders te merken.
Praktisch gezien betekent dit dat de bewegingswetten van Newton in alle traagheidssystemen gelden, dat wil zeggen in rust of met een constante snelheid ten opzichte van een in rust. Dit is de wet van de traagheid: een lichaam in rust gaat verder in rust en een lichaam in beweging gaat verder in beweging in een rechte lijn, tenzij beïnvloed door een externe kracht. Een Galileaans coördinatenstelsel is er een waar de wet van de traagheid geldt. De wetten van de mechanica van Galileo en Newton zijn geldig in een Galileo-coördinatensysteem. Als K een Galileaans coördinatensysteem is, dan is elk ander systeem K' een Galileaans coördinatensysteem als het in rust ligt of beweegt volgens de traagheidswet ten opzichte van K. Ten opzichte van K' zijn de mechanische wetten van Galileo en Newton even geldig als ten opzichte van K.
Als K' ten opzichte van K een coördinatensysteem is dat zich beweegt volgens de wet van traagheid en verstoken is van rotatie, dan gehoorzamen de natuurwetten in K' dezelfde algemene als in K. Deze uitspraak staat bekend als het Relativiteitsprincipe.Met andere woorden, als een massa m in rust is of beweegt met constante versnelling (de constante versnelling zou gelijk kunnen zijn aan nul in welk geval de snelheid constant zou blijven) in een rechte lijn ten opzichte van een Galileaans coördinatenstelsel K, dan zal het ook in rust zijn of bewegen met constante versnelling in een rechte lijn ten opzichte van een tweede coördinatenstelsel K' mits de wet van traagheid geldig is in systeem K' (met andere woorden, mits het een Galileaans coördinatenstelsel is).
Als we dus een effect willen waarnemen in een bewegend systeem met constante snelheid, kunnen we de Newton-wetten direct toepassen. Als het bewegend systeem versnelt (of we versnellen ten opzichte van het systeem, zoals bij het kijken naar de sterren vanaf de aarde) dan zullen we denkbeeldige krachten moeten introduceren om dit effect te compenseren.
Deze fictieve krachten worden middelpuntvliedende kracht en corioliskracht genoemd.
De bewegingswetten van Newton zijn mechanisch nauwkeurig voor snelheden die langzaam zijn in vergelijking met de snelheid van het licht. Voor snelheden die de lichtsnelheid benaderen is het nodig om de ontdekkingen van Einstein's Speciale Relativiteitstheorie toe te passen.
Om te beschrijven wat er mechanisch in het universum gebeurt, gebruiken natuurkundigen massa, lengte en tijd. In de fysica van Galileo en Newton blijven deze grootheden in het hele universum gelijk.
Met Einstein's Speciale Relativiteitstheorie kunnen deze hoeveelheden veranderen.
Gerelateerde pagina's
- Algemene relativiteitstheorie
- Speciale relativiteit
Vragen en antwoorden
V: Wat is het Relativiteitsprincipe?
A: Het relativiteitsprincipe stelt dat de vergelijkingen die de wetten van de fysica beschrijven hetzelfde zijn in alle referentiekaders.
V: Wie stelde dit principe voor het eerst voor?
A: De Griekse filosoof Aristoteles stelde dit principe voor het eerst voor in 300 v. Chr.
V: Wat heeft Galileo Galilei bewezen?
A: Galileo Galilei bewees dat alle voorwerpen met dezelfde versnelling vallen, ongeacht hun massa.
V: Hoe hebben de ontdekkingen van Galileo de moderne wetenschap doen ontstaan?
A: De ontdekkingen van Galileo en de wiskundig ontwikkelde bewegingswetten van Newton hebben de moderne wetenschap doen ontstaan.
V: Wat betekent het als twee treinen met dezelfde snelheid in dezelfde richting rijden?
A: Als twee treinen met dezelfde snelheid in dezelfde richting rijden, kan een passagier in een van beide treinen niet merken dat een van beide treinen beweegt. Als hij echter een vast referentiekader neemt (zoals de aarde), zal hij de beweging van de trein kunnen waarnemen.
V: Hoe gelden de Wetten van Newton wanneer de snelheid de lichtsnelheid nadert?
A: Wanneer snelheden de lichtsnelheid benaderen, is het noodzakelijk om Einsteins Speciale Relativiteitstheorie toe te passen in plaats van Newtons Bewegingswetten, omdat deze wetten alleen mechanisch accuraat blijven voor snelheden die langzaam zijn vergeleken met de lichtsnelheid.
