Wenn die Erde in ständiger Bewegung ist, warum sagen wir dann, dass sich ein Objekt in einem Zustand der Ruhe befindet?

"Ruhezustand" ist ein relativer Begriff. Relativ bedeutet - gemessen im Vergleich zu den Dingen um ihn herum.

Wenn Sie in einem Zug sitzen und an einer Tasse Kaffee nippen, können Sie dies tun, weil die Tasse immer noch relativ zu Ihnen ist , obwohl Sie beide vielleicht mit 200 km / h durch die Landschaft rasen.

Für die meisten Experimente können Objekte als "ruhend" angesehen werden, wenn sie sich relativ zu den Dingen um sie herum nicht bewegen. Aber der "Bezugsrahmen" (das, was Sie als "stationär" betrachten) spielt eine Rolle.

Wenn Sie zum Beispiel in einem Auto sitzen, das beschleunigt, können Sie relativ zum Auto "in Ruhe" sein, aber Sie können spüren, wie Sie von einer unsichtbaren Kraft in den Sitz des Autos gedrückt werden. In ähnlicher Weise gibt es messbare Auswirkungen auf die Erde, die darauf zurückzuführen sind, dass sich die Erde um ihre Achse dreht (z. B. die Art und Weise, wie sich Luft um ein Gebiet mit niedrigem Druck dreht, ist eine Folge der Erdrotation), und sogar Auswirkungen, die sich darauf beziehen die Bewegung um die Sonne (einschließlich der Gezeiten).

Physiker nennen sich beschleunigende und rotierende Bezugssysteme "nicht-trägheitsmäßig" und sagen, dass Beobachtungen in solchen Bezugssystemen "fiktive Kräfte hervorrufen" - das heißt, wenn Sie glauben , dass Ihr nicht-trägheitsbezogenes Bezugssystem stationär ist, werden Sie auch denken , dass es sich um eine Kraft handelt ist aus dem Nichts aufgetaucht. Zum Beispiel die Kraft, die Sie in den Sitz des beschleunigenden Autos drückt. Oder die "Kraft", die Sie dazu bringt, Ihr Getränk zu verschütten, wenn das Auto über eine Bodenwelle fährt (und Ihr "Bezugsrahmen" plötzlich beschleunigt).

Aber bei vielen Experimenten im Klassenzimmer können wir all diese Dinge ignorieren. Ein Großteil der Physik (und Wissenschaft) dreht sich darum zu wissen, was Sie ignorieren können und wann Sie es ignorieren können.

Sich um die Sonne zu drehen ist gleichbedeutend mit dem freien Fall um die Sonne, so dass Sie die Schwerkraft der Sonne nicht „fühlen“ können.

Die Rotation der Erde ist etwas, das gemessen werden kann: (i) eine Zentrifugalkraft, die einen kleinen Ausgleich zur Schwerkraft darstellt, und (ii) die Coriolis-Kraft verursacht. Beides sind kleine Effekte, die für Laborexperimente oft vernachlässigt werden können.

"Ruhe bezieht sich in der Physik darauf, dass ein Objekt relativ zu einem bestimmten Bezugsrahmen oder einem anderen Objekt stationär ist." - Wikipedia (Hervorhebung von mir)

Auf der Erde wird der Planet oft als Standardbezugssystem behandelt. Es ist kein perfekter Bezugsrahmen, aber für viele Zwecke ist es gut genug. Da es keinen absoluten Bezugsrahmen gibt , muss ein Bezugsrahmen gewählt werden, und für uns Erdforscher ist der durch die Erde selbst definierte Rahmen vertraut und oft leicht zu handhaben. Da es sich um einen nicht inertialen Rahmen handelt, müssen einige fiktive Kräfte möglicherweise berücksichtigt werden, aber für viele Zwecke sind diese Kräfte vernachlässigbar, und wenn dies nicht der Fall ist, haben wir gut etablierte Methoden, um sie zu berücksichtigen.

Wenn kein Bezugsrahmen angegeben ist, wird normalerweise erwartet, dass Sie einen Bezugsrahmen annehmen, der den Annahmen entspricht, die in ähnlichen Übungen oder in Diskussionen vor den Übungen verwendet wurden. Die beiden Sätze von Annahmen, die ich am häufigsten gesehen habe, sind

1. "Wie auf der Erde", unter der Annahme, dass fiktive Kräfte vernachlässigbar sind, wobei die Oberflächenkrümmung und der Luftwiderstand ignoriert werden und ein konstantes Gravitationsfeld angenommen wird, und

2. Ein abstrakter Trägheitsrahmen ohne Schwerkraft oder Atmosphäre.

Beide sind oft auf 2 Dimensionen beschränkt. Wenn Sie sich nicht sicher sind, können Sie normalerweise um Klärung bitten oder mehrere Antworten für verschiedene Frames geben.

Die Lösung vieler physikalischer Probleme erforderte die Auswahl eines Bezugsrahmens. Solange alle Ihre Formulierungen aus einem bestimmten Bezugsrahmen stammen, zum Beispiel der Energie von Objekten, werden die Gesetze funktionieren. Da Sie auch mit dem Objekt reisen (während sich die Erde dreht), ist es einfacher zu sagen, dass Sie sich in Ruhe befinden. Wenn Sie sich mit konstanter Geschwindigkeit relativ zu etwas in Ruhe bewegen, funktioniert die Physik, wenn Sie davon ausgehen, dass Sie sich in Ruhe befinden und sich das andere Ding mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

Wenn Sie in einem fahrenden Fahrzeug sitzen und Bäume oder Gebäude sehen, wer bewegt sich? Bewegen Sie sich vorwärts oder bewegen sich die Bäume und Gebäude rückwärts? Es ist kontraintuitiv für Anfänger, aber beide Ansichten sind absolut richtig.

Wir können die Bewegung eines Objekts nur von einem Bezugssystem aus beschreiben. Ein Referenzrahmen ist eine bestimmte Konfiguration, von der aus Sie das System beobachten/beschreiben können. Die Erde bewegt sich zwar, aber die Objekte auf ihr bewegen sich auch mit, und daher sind die Objekte in Bezug auf die Erde in Ruhe. (dh sie bewegen sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde.) (z. B. ein Objekt, das in Bezug auf Sie stationär ist, ist nicht stationär, wenn es von jemandem beobachtet wird, der sich vorbeibewegt!)

Die Relativgeschwindigkeit eines Objekts zu Ihnen bestimmt, ob es sich in Bezug auf Sie in Ruhe befindet oder nicht. Wenn es zwei Objekte gibt$A$und$B$(mit Geschwindigkeiten$V_A,V_B$), die Relativgeschwindigkeit von$A$in Gedenken an$B$ist

Dies ist null, wenn$A$und$B$sind zueinander in Ruhe.

Da sich alles im Universum relativ zu etwas anderem bewegt, können wir nur sagen, dass ein Objekt in Ruhe ist, wenn wir das Objekt selbst zum Bezugsrahmen machen!