Hệ quy chiếu là gì ví dụ năm 2024

Khi thay đổi hệ quy chiếu thì việc ghi nhận thời gian và vị trí sẽ thay đổi. Tuy nhiên, chênh lệch thời gian giữa các sự kiện trong cơ học cổ điển là "bất biến", không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Thời gian trong cơ học cổ điển được gọi là thời gian tuyệt đối. Cũng vậy, khoảng cách giữa các điểm trong không gian của cơ học cổ điển không thay đổi với sự biến đổi hệ quy chiếu.

Việc thay đổi ghi nhận về vị trí trong cơ học cổ điển dẫn đến việc vận tốc, gia tốc, động lượng và các loại lực hay đại lượng vật lý phụ thuộc vào vận tốc hay vị trí mang "tính tương đối" dưới phép biến đổi hệ quy chiếu. Đặc biệt, tính tương đối của lực trước biến đổi hệ quy chiếu có thể giúp phân loại lực và hệ quy chiếu ra làm hai. 1. 1. Lực

Các lực mà vật thể chịu tác động có thể không phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ như lực chỉ phụ thuộc vào khoảng cách, một đại lượng không thay đổi khi hệ quy chiếu thay đổi) hoặc có phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ như lực từ, phụ thuộc vào vận tốc các hạt mang điện).

Có thể phân loại lực ra làm hai theo tính chất tương đối của chúng. Các lực mà không phụ thuộc vào biến đổi hệ quy chiếu, hoặc không bao giờ biến mất dưới phép biến đổi hệ quy chiếu đều có thể quy về các lực cơ bản. Các lực mà phụ thuộc biến đổi hệ quy chiếu và luôn tìm được hệ quy chiếu mà lực này biến mất gọi là lực quán tính.

Hệ quy chiếu trong cơ học cổ điển cũng được phân ra hai loại, hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu phi quán tính.

Hệ quy chiếu quán tính được định nghĩa là hệ quy chiếu trong đó không xuất hiện lực quán tính ( Có một định nghĩa khác: Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mà trong đó chuyển động của hạt tự do (hạt không chịu tác động của lực nào) là chuyển động thẳng đều.) . Điều này có nghĩa là mọi lực tác động lên các vật thể trong hệ quy chiếu này đều có thể quy về các lực cơ bản. Theo định luật thứ nhất của Newton khi không bao hàm lực quán tính, một vật trong hệ quy chiếu quán tính sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều khi tổng các lực cơ bản tác dụng lên vật bằng không. Tương tự định luật thứ hai của Newton hay các định luật cơ học khác, khi chỉ bao hàm lực cơ bản, sẽ chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính, nơi không có lực quán tính.

Trong cơ học cổ điển, một hệ quy chiếu chuyển động không có gia tốc (thẳng đều hoặc đứng yên) so với một hệ quy chiếu quán tính khác thì cũng sẽ là hệ quy chiếu quán tính. Nguyên lý Galileo phát biểu trong cơ học cổ điển coi mọi hiện tượng cơ học đều xảy ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính. Sau này Albert Einstein mở rộng tính chất này và cho rằng tất cả các quá trình vật lý đều xảy ra như nhau trong hệ quy chiếu quán tính (lý thuyết tương đối hẹp) rồi rộng hơn nữa là mọi quá trình vật lý đều xảy ra như nhau trong mọi hệ quy chiếu (lý thuyết tương đối rộng).

Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có xuất hiện lực quán tính. Trong cơ học cổ điển, chúng là các hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu này dạng của các định luật cơ học cổ điển chỉ chứa các lực cơ bản có thể thay đổi so với trong các hệ quy chiếu quán tính, do có thêm lực quán tính. Các định luật cơ học bao gồm cả lực quán tính sẽ không cần thay đổi.

Trong thực tế hầu như không có một hệ quy chiếu nào gắn với các vật thể là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn cả do mọi vật thể đều chuyển động có gia tốc so với nhau. Hệ quy chiếu gắn với Trái Đất cũng không phải là hệ quy chiếu quán tính thực sự. Ví dụ, trọng lượng biểu kiến của mọi vật trên Trái Đất cũng thay đổi do sự chuyển động quay của Trái Đất. Thông thường một vật ở xích đạo sẽ nhẹ hơn vật ở hai cực 0.35%, do lực ly tâm trong hệ quy chiếu quay của bề mặt Trái Đất tại xích đạo. Tuy nhiên, ta có thể xem là hệ quy chiếu này là gần quán tính nếu các lực quán tính là rất nhỏ so với các lực khác. 2. Thuyết tương đối

Trong thuyết tương đối, việc thay đổi hệ quy chiếu làm chênh lệch thời gian giữa các sự kiện và khoảng cách giữa các điểm có thể thay đổi. Không gian và thời gian không bị tách rời nhau mà nhập thành một khái niệm duy nhất không-thời gian. Khái niệm "khoảng cách" được mở rộng cho không thời gian để nó bất biến trước phép biến đổi hệ quy chiếu. 2. 1. Thuyết tương đối hẹp Thuyết tương đối hẹp là thuyết vật lý do Albert Einstein đề xuất vào năm 1905.

Cơ học Newton cho rằng các hiện tượng cơ học chỉ liên quan đến các lực cơ bản đều xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính, nhưng không nói rõ các hiện tượng khác trong nhiệt động lực học, điện từ học... có xảy ra như nhau trong mọi hệ qui chiếu quán tính hay không. Điện từ học chỉ ra rằng tương tác từ xảy ra chủ yếu là do chuyển động của các hạt mang điện. Như vậy có thể trong các hệ qui chiếu quán tính khác nhau các hiện tượng điện từ sẽ xảy ra khác nhau. Nhiều thí nghiệm được thực hiện với các hệ qui chiếu quán tính khác nhau với mục đích tìm ra một hệ qui chiếu quán tính mà ở đó tốc độ ánh sáng khác hẳn với tốc độ ánh sáng trong các hệ qui chiếu quán tính khác. Nhưng những thí nghiệm đó không đạt được kết quả.

Phương trình nổi tiếng của Einstein

Năm 1905 Einstein phát biểu nguyên lý tương đối về sự bình đẳng của các hệ qui chiếu quán tính với hai tiên đề.

E=mc²

Trong tiên đề đầu tiên:

Mọi hiện tượng vật lý (cơ học, nhiệt động lực học, điện từ học...) đều xảy ra như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính.

Tiên đề này chỉ ra rằng các phương trình mô tả các hiện tượng tự nhiên đều có cùng dạng như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính. Nó cũng phủ định sự tồn tại của một hệ qui chiếu quán tính đặc biệt, như một hệ qui chiếu đứng yên thật sự. Nói cách khác mọi hệ qui chiếu quán tính là hoàn toàn tương đương nhau. Từ tiên đề này các nhà khoa học khẳng định không thể tồn tại một môi trường ête truyền sóng điện từ (ánh sáng) với một vận tốc khác biệt các hệ qui chiếu khác.

Phép biến đổi của Galileo Galilei làm cho các phương trình Newton trở nên bất biến. Điều đó không có gì mâu thuẫn so với giả thuyết thứ nhất của Einstein tuy nhiên khi xét đến tham số thời gian thì định luật 2 của Newton chỉ áp dụng một cách tổng quát cho biến thiên động lượng.

Trong tiên đề thứ hai, theo phát biểu ban đầu của Einstein:

Tốc độ ánh sáng trong chân không là một đại lượng không đổi trong tất cả các hệ qui chiếu quán tính.

Giả thuyết này giải thích cho kết quả của thí nghiệm Michelson-Morley và thí nghiệm Sitter vì vận tốc truyền ánh sáng là như nhau theo mọi phương nên không thể sử dụng công thức cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng.

Thực tế giả thuyết này có thể suy trực tiếp từ tiên đề đầu tiên. Mọi phương trình vật lý không thay đổi khi đi từ hệ quy chiếu quán tính này sang hệ quy chiếu quán tính khác, nghĩa là các phương trình Maxwell cũng bất biến, và một kết quả của nó là tiên đoán về tốc độ ánh sáng cũng phải bất biến. Do đó giả thuyết này không thể là tiên đề, chỉ là hệ quả của tiên đề tổng quát đầu tiên, nếu coi lý thuyết điện từ Maxwell là đúng.

Cũng có thể chú ý rằng, giả thuyết thứ hai có thể đứng độc lập thành một tiên đề, nếu không công nhận lý thuyết điện từ Maxwell hoặc không cần dùng đến hiểu biết về trường điện từ. 2. 2. Thuyết tương đối rộng Thuyết tương đối rộng hay Thuyết tương đối tổng quát là một lý thuyết hình học về hấp dẫn được Albert Einstein công bố năm 1915. Hiện nay nó là lý thuyết thành công nhất miêu tả về hấp dẫn của ngành vật lý học hiện đại. Thuyết tương đối rộng thống nhất giữa thuyết tương đối hẹp và định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, đồng thời nó miêu tả lực hấp dẫn (trường hấp dẫn) như là một tính chất hình học của không gian và thời gian, hoặc không thời gian. Đặc biệt, độ cong của không thời gian có liên hệ chặt chẽ trực tiếp với bốn-động lượng (khối lượng-năng lượng và động lượng tuyến tính) của sự có mặt của vật chất và bức xạ. Mối liên hệ này được xác định bởi phương trình trường Einstein, một hệ phương trình vi phân riêng phần.

Mô phỏng một lỗ đen có khối lượng bằng mười lần khối lượng Mặt Trời khi nhìn từ khoảng cách 600 Km với nền là dải Ngân Hà.

Nhiều tiên đoán của thuyết tương đối tổng quát là rất khác thường so với vật lý cổ điển, đặc biệt đó là sự liên quan đến sự trôi đi của thời gian, về hình học của không gian, chuyển động của vật rơi tự do, và sự lan truyền của ánh sáng.Những sự khác biệt như vậy bao gồm sự giãn thời gian do hấp dẫn, dịch chuyển đỏ do hấp dẫn của ánh sáng, và sự trễ thời gian do hấp dẫn. Nhiều tiên đoán của thuyết tương đối tổng quát đã được xác nhận trong rất nhiều quan sát và thí nghiệm cho tới ngày nay. Mặc dù thuyết tương đối rộng không chỉ là lý thuyết tương đối tính về hấp dẫn duy nhất, nó còn là một lý thuyết đơn giản nhất phù hợp các dữ liệu thực nghiệm. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi chưa trả lời được, câu hỏi căn bản nhất đó là làm thế nào để thuyết tương đối rộng có thể kết hợp được với các định luật của cơ học lượng tử để tạo thành một lý thuyết hoàn chỉnh và nhất quán, lý thuyết hấp dẫn lượng tử.

Lý thuyết của Einstein có nhiều ứng dụng quan trọng trong thiên văn vật lý. Nó chỉ ra trực tiếp sự tồn tại của lỗ đen - những vùng của không thời gian trong đó không gian và thời gian bị bóp méo đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được - một trạng thái cuối cùng của các ngôi sao khối lượng lớn. Đã có những bằng chứng cho các hố đen khối lượng sao cũng như hố đen siêu khối lượng là nguyên nhân cho những bức xạ cường độ mạnh được phát ra từ những vật thể thiên văn học như nhân các thiên hà hoạt động hoặc các vi quasar. Sự bẻ cong đường đi của tia sáng dẫn tới một hiệu ứng gọi là thấu kính hấp dẫn, trong đó có nhiều ảnh của cùng một thiên thể được nhìn thấy trên bầu trời. Thuyết tương đối tổng quát cũng tiên đoán sự tồn tại các sóng hấp dẫn, chúng cũng đã được đo một cách gián tiếp; và hiện nay đang có nhiều dự án với mục đích đo được trực tiếp sóng hấp dẫn như LIGO. Hơn nữa, thuyết tương đối rộng còn là cơ sở cho các mô hình vũ trụ học hiện tại về sự đang giãn nở không ngừng của vũ trụ.

Hệ quy chiếu chuyển động là gì cho ví dụ?

Hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động gọi là hệ quy chiếu chuyển động. Ví dụ: - Xét chuyển động của người ngồi trên xe ô tô đang chạy trên đường thì hệ quy chiếu gắn với xe ô tô là hệ quy chiếu chuyển động. - Xét chuyển động của ca nô trên sông thì hệ quy chiếu gắn với dòng nước đang chảy là hệ quy chiếu chuyển động.

Vật lý 10 hệ quy chiếu là gì?

Trong cơ học, hệ quy chiếu là một hệ tọa độ, dựa vào đó vị trí của mọi điểm trên các vật thể và vị trí của các vật thể khác được xác định, đồng thời có một đồng hồ đo thời gian để xác định thời điểm của các sự kiện. Cùng một sự kiện vật lý, khi ta thay đổi hệ quy chiếu thì vị trí và thời gian xảy ra sẽ khác nhau.

Hệ quy chiếu trong tiếng Việt là gì?

Hệ quy chiếu là hệ thống tọa độ toán học trong không gian và trên mặt phẳng để biểu thị lên đó các kết quả đo đạc và bản đồ. Hệ quy chiếu quốc gia là hệ quy chiếu được lựa chọn để sử dụng thống nhất trong cả nước.

Hệ quy chiếu bao gồm những gì?

Hệ quy chiếu gồm: - một vật làm mốc, một hệ tọa độ gắn với vật làm mốc; - một mốc thời gian và một đồng hồ. Trong nhiều bài toán cơ học, nhiều khi nói về hệ quy chiếu, người ta chỉ đề cập đến hệ họa độ, vật làm mốc và mốc thời gian mà không cần nói đến đồng hồ.