دستگاه مرجع يعني محورهاي مختصاتي كه حركت جسم نسبت به آنها سنجيده مي شود. يعني ناظر روي مركز اين چهارچوب مختصات نشسته و حركت جسم را نگاه مي كند.
دستگاه مرجع لخت یعنی مرجعی که شتاب نداشته باشد (سرعت حرکت دستگاه مختصات ثابت باشد) از آنجا که حرکت نسبی است، یکی از مشکلات در فیزیک انتخاب مرجع لخت است.
به تعریف دیگر: دستگاههاي مرجعي كه در آنها قانون اول نيوتن مشاهده مي شود، دستگاههاي مرجع اينرسيال يا لخت ناميده مي شوند.
دستگاه لَخت
دستگاه لخت دستگاهی است که قوانین نیوتن در آن برای ما صادق است.بطور کلی هر سیستمی که با سرعت یکنواخت و مستقیم حرکت کند می تواند پایه ای برای دستگاه لخت ما باشد.فرض کنیم در یک قطار یا ماشینی قرار داریم که بسیار نرم و راحت حرکت می کند و هیچ روزنه ای به بیرون نداشته باشد که بتوانیم بر اساس منظره بیرون تشخیص دهیم که متحرک ما در حال حرکت است.در این حال از ما پرسیده شود که آیا متحرک در حال حرکت است یا خیر، هیچ جوابی نمی توانیم بدهیم چون ما بر اساس حرکت نسبی است که تشخیص می دهیم که در حال حرکتیم یا نه و در متحرک با شرایط گفته شده این امکان وجود ندارد.اگر در این قطار روی میز روبرویمان توپی قرار داشته باشد طبق قانون اول نیوتن اگر نیرویی به این توپ وارد نشود،تا ابد ثابت باقی خواهد ماند. وبه همین ترتیب قوانین دیگر نیوتن نیز برقرارند.
شرایط دیگری را در نظر می گیریم و آن اینکه ناگهان قطار شتاب تندشونده بگیرد،ناظر درون قطار چه وضعیتی را برای توپ روی میز مشاهده خواهد کرد؟چند لحظه روی این موضوع تمرکز کنید ....
خواهید دید که توپ خودبخود به سمت شما حرکت میکند بدون اینکه هیچ نیرویی به آن وارد آمده باشد درست مثل وقتی که هنگام شتاب گرفتن ماشین لیوان آب درون ماشین خودبخود می ریزد.در این حالت قانون اول نیوتن نقض می شود زیرا بدون اعمال هیچ نیرویی حرکت رخ داده است.پس برای بر پا کردن دستگاههای فیزیکی می بایست درون سیستمی قرار داشته باشیم که یا ساکن باشد و یا در حال حرکت مستقیم الخط یکنواخت ، به همین دلیل قانون اول نیوتن را قانون لختی نیز می گویند.البته دستگاه لخت به این راحتیها پیدا نمی شود چرا که اکثر سیستمهایی که می شناسیم همه دارای حرکت شتابدار هستند،حتی ماشینی که با سرعت یکنواخت و در راستای مستقیم حرکت می کند،باز دارای حرکت شتابدار است چون این ماشین روی زمینی قراردارد که خود زمین دارای حرکت شتابدار می باشد.اما با تقریب می توان بعضی سیستم ها را بعنوان یک دستگاه لخت انتخاب کرد و دستگاههای ریاضیمان را در این سیستم ها بنا کنیم.یکی از سیستمهای لختی که در فیزیک بسیار مورد استفاده قرار می گیرد خود زمین است.اگرچه زمین دارای حرکت شتابدار است ولی چون حرکت آن خیلی روی مشاهدات زمینیمان تاثیر نمی گذارد بنابراین می توانیم آن را به عنوان یک دستگاه لخت در نظر بگیریم.
چارچوب لخت، چارچوبی است که در آن قانون های نيوتون برقرارند:
اگر از حرکت های نجومی زمين (مانند چرخش آن) چشم پوشی کنيم، آن گاه می توان زمين را يک چارچوب لخت در نظر گرفت. اين فرض زمانی معتبر است که مسير حرکت يک جسم کوتاه باشد و بتوان از اصطکاک صرف نظر کرد. مثلاً يک حلقه يا قرص روی يک منطقه ی يخ زده در مسيری کوتاه بلغزد. در اين صورت قرص از قانون های نيوتون پيروی می کند. حال فرض کنيد قرص روی زمين يخ زده از قطب شمال به طرف جنوب بلغزد اگر از چارچوبی ساکن در فضا به قرص نگاه کنيم، مسير حرکت قرص خط مستقيم خواهد بود زيرا فرض بر اين است که زمين يخ زده و اصطکاک ندارد و حرکت زمين صرفاً يخ را زير قرص می لغزاند. ولی اگر از يک نقطه واقع روی سطح زمين بنگريم چون ما با کره زمين می چرخيم مسير حرکت يک خط مستقيم نخواهد بود. زيرا وقتی قرص به طرف جنوب حرکت می کند، بزرگی سرعت خطی آن افزايش می يابد و از ديد ناظر روی زمين که به زمين کاملاً متصل است مسير حرکت قرص به طرف غرب منحرف می شود. البته اين انحراف ظاهری به علت وارد شدن يک نيروی لازم بر اثر قانون های نيوتون نيست. بلکه به علت آن است که ناظر قرص را از ديد يک چارچوب در حال چرخش می بيند. در اين حالت است که زمين يک چارچوب نالخت محسوب می شود. اغلب زمين را چارچوب لخت در نظر می گيريم و نيرو و شتاب را از ديد اين چارچوب اندازه گيری می کنيم.
اگر به طور مثال اندازه گيری ها در بالابری که نسبت به زمين حرکت شتاب دار دارد انجام شود، آن گاه اندازه گيری در
چارچوب نالخت صورت گرفته است.
نظرات شما عزیزان:
