In dieser Frage Wie kann eine Person in einem verschleierten und frei fallenden Aufzug unterscheiden, ob sie sich in einem Trägheits- oder Nicht-Trägheitsrahmen befindet? , Dale antwortete:
Innerhalb des Rahmens des frei fallenden Aufzugs stimmt der Messwert auf einem Beschleunigungsmesser immer mit der Beschleunigung in Bezug auf den Rahmen überein. Daher ist der frei fallende Rahmen träge.
Im Rahmen des Bodens zeigt ein Beschleunigungsmesser im Ruhezustand eine Aufwärtsbeschleunigung von g an, obwohl er keine Beschleunigung in Bezug auf den Boden hat. Daher ist das Gerüst des Bodens nicht träge.
Jeder Rahmen kann bestimmen, ob er inertial ist oder nicht, indem er seine eigenen Beschleunigungsmesser und seinen eigenen Rahmen ohne Bezugnahme auf einen anderen Rahmen betrachtet. Aber die Bezeichnung Trägheit vs. Nicht-Trägheit ist genau umgekehrt von dem, was Sie angegeben haben. Ein frei fallender Rahmen ist träge und der Bodenrahmen wird mit g nach oben beschleunigt.
Ein frei fallender Aufzug ist laut Dales Antwort ein Trägheitsbezugssystem. Wenn der Aufzug nun auf dem Boden der Erde stationär ist (vorausgesetzt, die Erde ist ein nicht trägheitsbezogener Bezugsrahmen), unterliegt er einer normalen Reaktion, die auf die Kraft reagiert, die der Aufzug auf den Boden ausübt, sodass dieser Block aufgrund beschleunigt wird auf die Reaktion der Erde (drittes Newtonsches Gesetz). Aber jetzt beginnt die Verwirrung, in diesem Forum diese Frage Befolgt die Gravitationskraft Newtons drittes Bewegungsgesetz? wurde von Rohit Rawat wie folgt beantwortet:
Ja, die Gravitationskraft folgt strikt Newtons drittem Bewegungsgesetz. Sie können sich das vorstellen, da beide von Sir Isaac Newton formuliert und entdeckt wurden.
Newtons 3. Gesetz besagt, dass es für jede Aktionskraft eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft gibt. Dies gilt auch für die Gravitation.
Wenn also angenommen wird, dass die Erde ein nicht-inertialer Rahmen ist und mit dem frei fallenden Aufzug ein Aktions-Reaktions-Paar bildet, warum würde eine Person, die im Weltraum ruht, nicht sagen, dass der Aufzug ein nicht-inertialer Rahmen ist? wenn es durch Gravitationskraft beschleunigt wird? Ist es möglich, diese Situation auf einen allgemeinen Fall auszudehnen, in dem, wenn immer ein Referenzrahmen Newtons drittes Gesetz konfiguriert, es sich um einen Nicht-Trägheitsrahmen handelt?
Leider ist dies eine Frage der Terminologie, bei der sich die Terminologie im Laufe der Zeit geändert hat und etwas uneinheitlich geworden ist. Als Newton seine Gesetze zum ersten Mal formulierte, kümmerte man sich wenig um Dinge wie Referenzrahmen. Und seine persönlichen Ansichten basierten auf absoluter Zeit und absolutem Raum, die von der wissenschaftlichen Gemeinschaft schnell verworfen wurden.
Aber als spätere Wissenschaftler die Newtonsche Mechanik weiterentwickelten, begannen sie, sich drehende und beschleunigende Referenzrahmen zu verwenden. Solche Rahmen wurden als nicht träge bezeichnet, weil Objekte in solchen Rahmen keine Trägheit aufweisen, was bedeutet, dass kraftfreie Objekte beschleunigen würden, als ob sie fiktiven Kräften ohne Quelle ausgesetzt wären. Kräfte wurden allgemein als real oder fiktiv kategorisiert, und Trägheitsrahmen waren solche, denen fiktive Kräfte fehlten.
Ohne viel Nachdenken wurde die Schwerkraft als eine echte Kraft angesehen. Im Laufe der Zeit wurden Beschleunigungsmesser entwickelt, und es wurde entdeckt, dass sie Beschleunigungen aufgrund realer Kräfte messen konnten, mit Ausnahme der Schwerkraft, die von Beschleunigungsmessern nicht erfasst werden konnte. Einstein erkannte in dem, was er später als seinen glücklichsten Gedanken bezeichnete, dass die Schwerkraft diese Eigenschaft mit fiktiven Kräften teilte. Die Schwerkraft selbst könnte also als fiktive Kraft betrachtet und durch die Wahl eines geeigneten Bezugsrahmens wegtransformiert werden.
Dies führte zu zwei widersprüchlichen Definitionen von Trägheitsrahmen. In der alten Definition galt die Schwerkraft als reale Kraft und ein auf der Erdoberfläche ruhendes Labor als Trägheit. In der neuen Definition wurde die Schwerkraft als fiktive Kraft betrachtet und ein Labor auf der Erdoberfläche war nicht träge und beschleunigte nach oben . In beiden Fällen gab es eine Gravitationskraft im Labor nach unten zeigten und alle gleichen Gleichungen und Vorhersagen funktionierten identisch. Es handelte sich lediglich um eine Terminologieänderung.
Die neue Terminologie hatte einige Vorteile:
es war praktischer. Trägheit vs. Nicht-Trägheit könnte einfach unter Verwendung von Beschleunigungsmessern bestimmt werden. Im Gegensatz dazu würde die alte Definition erfordern, dass Sie die Verteilung der gesamten Materie im Universum kennen, um die Schwerkraft korrigieren zu können.
es führte zur allgemeinen Relativitätstheorie. Unter Verwendung dieser Definition könnte eine genauere Gravitationstheorie entwickelt werden. Eine, die lokal mit der speziellen Relativitätstheorie kompatibel war und viele kühne Vorhersagen machte, die seitdem bestätigt wurden.
es führte zur Geometrisierung der Schwerkraft. Dies erklärte die Äquivalenz von Trägheitsmasse und passiver schwerer Masse oder baute zumindest ihre Gleichheit auf einer grundlegenden Ebene in die Theorie ein.
es erlaubt eine konzeptionell sauberere Formulierung der Newtonschen Gesetze. Ein Objekt im freien Fall folgt einer Geodäte. Ein Objekt, auf das eine Nettokraft einwirkt, erfährt eine angemessene Beschleunigung von . Und der Schwung bleibt erhalten.
Beachten Sie, dass diese Punkte in den frühen Tagen der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht für die Newtonsche Gravitation funktionierten. Später erfand Cartan jedoch, was er Newton-Cartan-Schwerkraft nannte, was eine vollständige geometrische Neuformulierung der Newtonschen Schwerkraft war. Jetzt können also alle diese oben genannten Punkte auch auf die Newtonsche Gravitation angewendet werden (einschließlich der Idee der gekrümmten Raumzeit). Infolgedessen gibt es keine Inkompatibilität mehr zwischen dieser Definition von Trägheit/Nicht-Trägheit und irgendeiner größeren Theorie der Physik.
Leider wird es aufgrund der großen Menge an Literatur vor der Einführung von GR und der Entwicklung der Newton-Cartan-Schwerkraft immer zu Widersprüchen bei der Verwendung der Terminologie kommen. Alles, was wir tun können, ist, die moderne Verwendung und ihre Vorteile zu erklären und die Menschen auf die Möglichkeit aufmerksam zu machen, dass gelegentlich stattdessen die ältere Definition verwendet werden kann.
Roger Wadim