參考 さんこう 系 けい ,又 また 稱 たたえ 參照 さんしょう 系 けい 、基準 きじゅん 系 けい 、坐 すわ 標 しるべ 系 けい 、參考 さんこう 坐 すわ 標 しるべ 等 ひとし ,在 ざい 物理 ぶつり 學 がく 中指 なかゆび 用 よう 以測量 そくりょう 並 なみ 記錄 きろく 位置 いち 、定 てい 向 むかい 以及其他物體 ぶったい 屬性 ぞくせい 的 てき 坐 すわ 標 しるべ 系 けい ;或 ある 指 ゆび 與 あずか 觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 運動 うんどう 狀態 じょうたい 相關 そうかん 的 てき 觀測 かんそく 參考 さんこう 系 けい ;又 また 或 ある 同 どう 指 ゆび 兩者 りょうしゃ 。
參考 さんこう 系 けい 有 ゆう 許多 きょた 種 しゅ ,所以 ゆえん 在 ざい 提 ひっさげ 到 いた 參考 さんこう 系 けい 時 じ ,常會 じょうかい 在 ざい 前面 ぜんめん 加 か 上 じょう 字 じ 詞 し 指定 してい 是 ぜ 哪一 いち 種 しゅ 參考 さんこう 系 けい ,如笛 ふえ 卡兒坐 すわ 標 しるべ 系 けい 。人 ひと 們也會 かい 指定 してい 參考 さんこう 系 けい 的 てき 屬性 ぞくせい :旋轉 せんてん 參考 さんこう 系 けい 強調 きょうちょう 參考 さんこう 系 けい 的 てき 運動 うんどう 狀態 じょうたい ,伽 とぎ 利 り 略 りゃく 參考 さんこう 系 けい 強調 きょうちょう 系 けい 與 あずか 系 けい 之 の 間 あいだ 的 てき 變換 へんかん 法 ほう ,而宏觀 かん 或 ある 微 ほろ 觀 かん 參考 さんこう 系 けい 則 のり 強調 きょうちょう 參考 さんこう 系 けい 的 てき 尺度 しゃくど 大小 だいしょう 。[ 註 1]
在 ざい 本條 ほんじょう 目 め 中 ちゅう ,「觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい 」強調 きょうちょう 的 てき 是 ぜ 運動 うんどう 的 てき 狀態 じょうたい ,而非某 ぼう 種 しゅ 特定 とくてい 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 的 てき 選擇 せんたく ,或 ある 是 ぜ 用 よう 於觀測 かんそく 的 てき 儀 ぎ 器 き 。這種用 よう 法能 ほうのう 夠研究 けんきゅう 觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 運動 うんどう 對坐 たいざ 標 しるべ 系 けい 的 てき 影響 えいきょう ,無論 むろん 觀測 かんそく 者 しゃ 使用 しよう 的 てき 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 是 ぜ 哪一 いち 種 しゅ 。另一方面 ほうめん ,當 とう 觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 運動 うんどう 狀態 じょうたい 並 なみ 非 ひ 主要 しゅよう 的 てき 針 はり 對 たい 點 てん 時 じ ,不同 ふどう 的 てき 「參考 さんこう 系 けい 」能 のう 夠利用 りよう 不同 ふどう 系統 けいとう 的 てき 對稱 たいしょう 性 せい ,來 らい 簡化計算 けいさん 的 てき 過程 かてい 。更 さら 廣義 こうぎ 的 てき 來 らい 說 せつ ,許多 きょた 物理 ぶつり 學 がく 中 ちゅう 的 てき 問題 もんだい 都 と 用 よう 到 いた 廣義 こうぎ 坐 すわ 標 しるべ 、實 じつ 模 も 態 たい 或 ある 特徵 とくちょう 向 むこう 量 りょう ,這些都和 つわ 時間 じかん 和 わ 空間 くうかん 沒 ぼつ 有 ゆう 直接的 ちょくせつてき 關係 かんけい 。下 した 文 ぶん 因 いん 此有必要 ひつよう 分 ぶん 開 ひらき 敘述各種 かくしゅ 參考 さんこう 系 けい ,把 わ 觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい 、坐 すわ 標 しるべ 系 けい 及觀測 かんそく 儀 ぎ 器 き 作為 さくい 獨立 どくりつ 的 てき 概念 がいねん 來 らい 看 み ,如下:
觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい (如慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 或 ある 非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい )是 ぜ 與 あずか 運動 うんどう 狀態 じょうたい 有 ゆう 關 せき 的 てき 物理 ぶつり 概念 がいねん 。
坐 すわ 標 しるべ 系 けい 為 ため 一 いち 個 こ 數學 すうがく 概念 がいねん ,是 ぜ 用 よう 於描述 じゅつ 物理 ぶつり 問題 もんだい 一 いち 種 しゅ 語 ご 言 げん [ 註 2] 。所以 ゆえん ,在 ざい 一個觀測者參考系中的觀測者可以選用各種各樣的坐標系(笛 ふえ 卡爾坐 すわ 標 しるべ 系 けい 、極 ごく 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 、曲線 きょくせん 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 、廣義 こうぎ 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 等 とう 等 とう )來 らい 描述從 したがえ 該參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 觀測 かんそく 到 いた 的 てき 現象 げんしょう 。坐 すわ 標 しるべ 系 けい 的 てき 改變 かいへん 並 なみ 不 ふ 影響 えいきょう 觀測 かんそく 者 しゃ 本身 ほんみ 的 てき 運動 うんどう ,也就不 ふ 會 かい 影響 えいきょう 這個觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 「觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい 」[ 4] 。某 ぼう 一些坐標系比另一些更適合描述特定的物理問題,在 ざい 同 どう 一 いち 個 こ 觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう ,可 か 以任選 せん 其一。
對 たい 量 りょう 度 ど 或 ある 觀測 かんそく 工具 こうぐ 的 てき 選擇 せんたく 獨立 どくりつ 於觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 運動 うんどう 狀態 じょうたい 和 わ 其選用 よう 的 てき 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 。
觀測 かんそく 者 しゃ O位 くらい 於一 いち 組 くみ 坐 すわ 標 しめぎ (參照 さんしょう 系 けい F )的 てき 原點 げんてん 。該參照 さんしょう 系 けい 使用 しよう 的 てき 本地 ほんじ 坐 すわ 標 しめぎ (x, y, z, t )來 らい 表示 ひょうじ 時空 じくう 事件 じけん (以星形 がた 表示 ひょうじ )。
「坐 すわ 標 しるべ 」一詞的意義有時是非專業性的(特別 とくべつ 在 ざい 物理 ぶつり 學 がく 中 ちゅう ),然 しか 而它在 ざい 數學 すうがく 中 ちゅう 卻具有 ぐゆう 準 じゅん 確 かく 的 てき 意義 いぎ 。
數學 すうがく 中 ちゅう 的 てき 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 是 ぜ 一 いち 個 こ 幾何 きか 學 がく 和 わ 代數 だいすう 學 がく 用 もちい 到 いた 的 てき 概念 がいねん [ 5] [ 6] ,一般 いっぱん 作為 さくい 流 ながれ 形 がた 的 てき 一 いち 種 しゅ 特性 とくせい (如物理學 りがく 中 ちゅう 的 てき 位 い 形 がた 空間 くうかん 和 わ 相 あい 空間 くうかん )[ 7] [ 8] 。一 いち 個 こ 點 てん r 在 ざい n 維空間 あいだ 中 ちゅう 的 てき 坐 すわ 標 しるべ 表 ひょう 達 たち 方式 ほうしき 為 ため n 元 もと 組 くみ :[ 9] [ 10]
r
=
[
x
1
,
x
2
,
…
,
x
n
]
.
{\displaystyle \mathbf {r} =[x^{1},\ x^{2},\ \dots \ ,x^{n}]\ .}
在 ざい 廣義 こうぎ 的 てき 巴 ともえ 拿赫空間 くうかん 中 なか ,這些數字 すうじ 能 のう 夠是諸 しょ 如傅 でん 立葉 たてば 級數 きゅうすう 等 とう 函數 かんすう 展開 てんかい 式 しき 中 ちゅう 的 てき 系 けい 數 すう 。在 ざい 物理 ぶつり 問題 もんだい 中 ちゅう ,它們可 か 以是時空 じくう 坐 すわ 標 しるべ 或 ある 實 じつ 模 も 態 たい 振幅 しんぷく 。當用 とうよう 在 ざい 機械 きかい 人 じん 設計 せっけい 時 じ ,它們可 か 以是相對 そうたい 旋轉 せんてん 的 てき 角度 かくど 、直線 ちょくせん 平 ひらめ 移 うつ 或 ある 關節 かんせつ 的 てき 變形 へんけい 度 ど 等 とう [ 11] 。在 ざい 此我們假設 かせつ 這些坐標 しるべ 能 のう 夠以笛 ふえ 卡爾坐 すわ 標 しるべ 系 けい 中 なか 的 てき 一 いち 組 くみ 函數 かんすう 表示 ひょうじ :
x
j
=
x
j
(
x
,
y
,
z
,
…
)
,
{\displaystyle x^{j}=x^{j}(x,\ y,\ z,\ \dots )\ ,}
j
=
1
,
…
,
n
{\displaystyle j=1,\ \dots \ ,\ n\ }
其中
x
{\displaystyle x}
、
y
{\displaystyle y}
、
z
{\displaystyle z}
等 ひとし 等 ひとし 為 ため 該點的 てき
n
{\displaystyle n}
個 こ 笛 ふえ 卡爾坐 すわ 標 しるべ 數 すう 。給 きゅう 定 てい 這些函數 かんすう ,定義 ていぎ 坐 すわ 標 しるべ 面 めん 為 ため 以下 いか 關係 かんけい :
x
j
(
x
,
y
,
z
,
…
)
=
{\displaystyle x^{j}(x,y,z,\dots )=}
常數 じょうすう
j
=
1
,
…
,
n
.
{\displaystyle j=1,\ \dots \ ,\ n\ .}
這些面 めん 的 てき 相 しょう 交處定義 ていぎ 為 ため 坐 すわ 標 しるべ 線 せん 。在任 ざいにん 何 なん 一 いち 點 てん 上 じょう ,與 あずか 相 あい 交的坐 すわ 標 しるべ 線 せん 相 しょう 切 きり 的 てき 所有 しょゆう 切線 せっせん 組成 そせい 一 いち 組 くみ 在 ざい 那 な 一 いち 點 てん 的 てき 基 もと 向 むこう 量 りょう :
{
e
1
,
e
2
,
…
,
e
n
}
{\displaystyle \{\mathbf {e} _{1},\mathbf {e} _{2},\ldots ,\mathbf {e} _{n}\}}
。也就是 ぜ :[ 12]
e
i
(
r
)
=
lim
ϵ
→
0
r
(
x
1
,
…
,
x
i
+
ϵ
,
…
,
x
n
)
−
r
(
x
1
,
…
,
x
i
,
…
,
x
n
)
ϵ
,
{\displaystyle \mathbf {e} _{i}(\mathbf {r} )=\lim _{\epsilon \rightarrow 0}{\frac {\mathbf {r} \left(x^{1},\ \dots ,\ x^{i}+\epsilon ,\ \dots ,\ x^{n}\right)-\mathbf {r} \left(x^{1},\ \dots ,\ x^{i},\ \dots ,\ x^{n}\right)}{\epsilon }}\ ,}
這能夠歸一 いち 化 か 為 ため 單位 たんい 長 ちょう 度 ど 。
坐 すわ 標 しるべ 面 めん 、坐 すわ 標 しるべ 線 せん 以及基 もと 向 むこう 量 りょう 組成 そせい 一 いち 個 こ 坐 すわ 標 しるべ 系 けい [ 13] 。如果基 もと 向 むこう 量 りょう 在 ざい 每 まい 一點上都兩兩正交,則 のり 該坐標 しるべ 系 けい 稱 たたえ 為 ため 正 せい 交坐標 しるべ 系 けい 。
坐 すわ 標 しるべ 系 けい 中 ちゅう 一個重要的方面在於其度量 どりょう
g
i
k
{\displaystyle g_{ik}}
,它在坐 すわ 標 しるべ 系 けい 中 ちゅう 以一組坐標表達弧 こ 長 ちょう
d
s
{\displaystyle ds}
:[ 14]
(
d
s
)
2
=
g
i
k
d
x
i
d
x
k
,
{\displaystyle (ds)^{2}=g_{ik}\ dx^{i}\ dx^{k}\ ,}
並 なみ 求 もとめ 和 わ 所有 しょゆう 重 じゅう 復 ふく 的 てき 索引 さくいん 。
根據 こんきょ 上 じょう 文 ぶん 可 か 以看出 で ,參考 さんこう 系 けい 其實是 ぜ 一 いち 個 こ 數學 すうがく 模型 もけい ,屬 ぞく 於公理 こうり 系統 けいとう 的 てき 一 いち 部分 ぶぶん 。參考 さんこう 系 けい 和物 あえもの 體 たい 運動 うんどう 實際 じっさい 上 じょう 並 なみ 沒 ぼつ 有 ゆう 關係 かんけい ,但 ただし 在 ざい 加 か 上 じょう 時間 じかん 作為 さくい 又 また 一 いち 個 こ 坐 すわ 標 しるべ 後 ご ,它就能 のう 夠描述 じゅつ 運動 うんどう 。所以 ゆえん ,洛 らく 倫 りん 茲變換 へんかん 及伽 とぎ 利 り 略 りゃく 變換 へんかん 可 か 以被視 し 為 ため 坐 すわ 標 しるべ 轉換 てんかん 。
狹義 きょうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中 ちゅう 的 てき 三 さん 個 こ 參考 さんこう 系 けい 。黑色 こくしょく 的 てき 為 ため 靜止 せいし 的 てき 。帶 おび 撇號的 てき 參考 さんこう 系 けい 以光速 そく 的 てき 40%速度 そくど 運行 うんこう ,帶 おび 兩個 りゃんこ 撇號的 てき 則 のり 以光速 そく 的 てき 80%運行 うんこう 。注意 ちゅうい 當 とう 速度 そくど 提 ひさげ 升 ます 時 じ ,坐 すわ 標 しるべ 線 せん 呈 てい 剪刀狀 じょう 變動 へんどう 。
觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい ,或 ある 一般只稱為參考系,是 ぜ 與 あずか 觀測 かんそく 者 しゃ 以及其運動 うんどう 狀態 じょうたい 相關 そうかん 的 てき 物理 ぶつり 概念 がいねん 。在 ざい 本 ほん 文中 ぶんちゅう 所 しょ 指 ゆび 的 てき ,是 ぜ 只 ただ 和 わ 運動 うんどう 狀態 じょうたい 有 ゆう 關 せき 的 てき 參考 さんこう 系 けい [ 15] 。不 ふ 過 か ,人 にん 們對此觀點 てん 並無 ならびな 共 きょう 識。在 ざい 狹義 きょうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中 ちゅう ,「觀測 かんそく 者 しゃ 」和 かず 「參考 さんこう 系 けい 」一般 いっぱん 是 ぜ 有 ゆう 分別 ふんべつ 的 てき 。這一觀點 かんてん 認 みとめ 為 ため ,參考 さんこう 系 けい 是 ぜ 觀測 かんそく 者 しゃ 加 か 上 じょう 一個右手正交坐標系,該坐標 しるべ 係 がかり 由 よし 一組正交的空間向量和與其垂直的一個時間向量組成[ 16] 。本文 ほんぶん 並 なみ 不 ふ 使用 しよう 這種狹義 きょうぎ 的 てき 觀點 かんてん [ 17] [ 18] 。在 ざい 廣義 こうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中 なか ,廣義 こうぎ 坐 すわ 標 しるべ 系 けい 的 てき 使用 しよう 是 ぜ 很常見 み 的 てき (參 まいり 見 み 獨立 どくりつ 球體 きゅうたい 外的 がいてき 重力 じゅうりょく 場 じょう 的 てき 史 ふみ 瓦 かわら 西 にし 解 かい [ 19] )。
觀測 かんそく 者 しゃ 參考 さんこう 系 けい 有 ゆう 兩 りょう 種 たね :慣性 かんせい 與 あずか 非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 。慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 的 てき 物理 ぶつり 定律 ていりつ 都 と 處 しょ 於最為 ため 簡單 かんたん 的 てき 形式 けいしき 。在 ざい 狹義 きょうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中 なか ,這種參考 さんこう 系 けい 通過 つうか 洛 らく 倫 りん 茲變換 へんかん 相互 そうご 變換 へんかん ,其參數 すう 為 ため 快 こころよ 度 たび 。在 ざい 牛 うし 頓 ひたぶる 力學 りきがく 中 ちゅう ,慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 定義 ていぎ 為 ため 牛 うし 頓 ひたぶる 第 だい 一 いち 定律 ていりつ 必須 ひっす 成立 せいりつ 的 てき 參考 さんこう 系 けい ,也就是 ぜ 在 ざい 這種參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 的 てき 自由 じゆう 粒子 りゅうし 要 よう 麼以直線 ちょくせん 恆 つね 速 そく 運行 うんこう ,要 よう 麼保持 ほじ 靜止 せいし 。它們之 の 間 あいだ 以伽 とぎ 利 り 略 りゃく 變換 へんかん 互相轉換 てんかん 。
與 あずか 之 これ 相對 そうたい 的 てき 是非 ぜひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい ,當 とう 中 なか 的 てき 物理 ぶつり 現象 げんしょう 必須 ひっす 用 よう 到 いた 假想 かそう 力 りょく 才能 さいのう 解釋 かいしゃく 。其中一個例子為位於地球表面的參考系。該參考 さんこう 系 けい 圍繞 いじょう 地球 ちきゅう 中心 ちゅうしん 旋轉 せんてん ,因 いん 此造成 ぞうせい 一 いち 系列 けいれつ 的 てき 假想 かそう 力 りょく ,如科 か 里 さと 奧 おく 利 り 力 りょく 、離 はなれ 心力 しんりょく 和 わ 重力 じゅうりょく 。(這些力 りょく ,包括 ほうかつ 重力 じゅうりょく 在 ざい 內,都 みやこ 是 ただし 在 ざい 真正 しんせい 的 てき 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい ——自由 じゆう 落體 らくたい ——中 ちゅう 不 ふ 存在 そんざい 的 てき 。)
參考 さんこう 系 けい 的 てき 其中一 いち 方面 ほうめん 在 ざい 於,加 か 載 の 與 あずか 參考 さんこう 系 けい 上 じょう 的 てき 量 りょう 度 ど 儀 ぎ 器 き 有 ゆう 關 せき 的 てき (如鐘或 ある 長 ちょう 桿等)到底 とうてい 具有 ぐゆう 甚麼 いんも 樣 さま 的 てき 角 かく 色 しょく 。本文 ほんぶん 不 ふ 討論 とうろん 這一問題 もんだい ,而這是 ぜ 在 ざい 量子力學 りょうしりきがく 中 ちゅう 牽涉到 いた 觀測 かんそく 者 しゃ 與 あずか 測量 そくりょう 之 の 間 あいだ 關係 かんけい 的 てき 一 いち 個 こ 課題 かだい 。
在 ざい 物理 ぶつり 實驗 じっけん 中 ちゅう ,實驗 じっけん 室 しつ 量 りょう 度 ど 儀 ぎ 器 き 靜止 せいし 位 い 處 しょ 的 てき 參考 さんこう 系 けい 稱 たたえ 為 ため 實驗 じっけん 室 しつ 參考 さんこう 系 けい 。某 ぼう 些實驗 じっけん 中 ちゅう 的 てき 實驗 じっけん 室 しつ 參考 さんこう 系 けい 是 ぜ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい ,而另一 いち 些則不 ふ 是 ぜ (如在地球 ちきゅう 表面 ひょうめん 的 てき 大 だい 部分 ぶぶん 實驗 じっけん 室 しつ 都 と 是非 ぜひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい )。在 ざい 粒子 りゅうし 物理 ぶつり 學 がく 中 ちゅう ,一個常見的做法是把實驗室參考系中的能量與動量轉換到質 しつ 心 しん 系 けい 中 なか ,這樣可 か 以簡化 か 計算 けいさん 過程 かてい 。
在 ざい 思想 しそう 實驗 じっけん 中 ちゅう 用 よう 到 いた 的 てき 鐘 かね 或 ある 長 ちょう 桿等觀測 かんそく 者 しゃ 的 てき 量 りょう 度 ど 儀 ぎ 器 き ,在 ざい 實際 じっさい 實驗 じっけん 中 ちゅう 是 ぜ 以非常 ひじょう 複雜 ふくざつ 的 てき 儀 ぎ 器 き 取 と 代 だい ,從 したがえ 而間接地 せっち 做出測量 そくりょう 的 てき 。這些儀 ぎ 器用 きよう 到 いた 真空 しんくう 的 てき 屬性 ぞくせい ,其原子 げんし 鐘 がね 根據 こんきょ 標準 ひょうじゅん 模型 もけい 運 うん 作 さく ,時間 じかん 也必須 ひっす 根據 こんきょ 重力 じゅうりょく 時間 じかん 膨脹 ぼうちょう 做出調整 ちょうせい [ 20] 。
其實,愛 あい 因 いん 斯坦認 みとめ 為 ため 鐘 がね 和 わ 長 ちょう 桿應該由更 さら 基礎 きそ 的 てき 物體 ぶったい 取 と 代 だい ,如原子 げんし 和 わ 分子 ぶんし 等 とう [ 21] 。
兩 りょう 輛車以不同 ふどう 的 てき 勻速移動 いどう ,S 為 ため 固定 こてい 在 ざい 路面 ろめん 的 てき 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい ,而S '為 ため 固定 こてい 在 ざい 第 だい 一輛車上的慣性參考系。
兩 りょう 輛車以不同 ふどう 的 てき 勻速在 ざい 路面 ろめん 行 ぎょう 駛(見 み 圖 ず )。在 ざい 某 ぼう 一 いち 時 じ 刻 きざめ ,它們間隔 かんかく 200米 まい 。前方 ぜんぽう 的 てき 那 な 輛車以每秒 まいびょう 22米 まい 的 てき 速度 そくど 行 ぎょう 駛,隨 ずい 後 ご 的 てき 那 な 輛車以每秒 まいびょう 30米 まい 的 てき 速度 そくど 行 ぎょう 駛。要 よう 計算 けいさん 第 だい 二輛車在多久後會趕上第一輛車,我 わが 們可以使用 しよう 三 さん 個 こ 參考 さんこう 系 けい 的 てき 其中一 いち 個 こ 。
首 くび 先 さき ,我 わが 們可以從路邊 ろへん 觀測 かんそく 兩 りょう 輛車。定義 ていぎ 路邊 ろへん 的 てき 參考 さんこう 系 けい 為 ため S :計時 けいじ 器 き 在 ざい 第 だい 二輛車經過路邊觀測者時開始,這時兩 りょう 車 くるま 相 しょう 距d = 200 m。兩 りょう 輛車都 と 以勻速 そく 運行 うんこう ,所以 ゆえん 我 わが 們可以用以下 いか 的 てき 公式 こうしき 表 ひょう 述 じゅつ 它們的 てき 位置 いち :x 1 (t )為 ため 第 だい 一 いち 輛車在 ざい 時間 じかん t 秒 びょう 後 ご 的 てき 位置 いち ,而x 2 (t )為 ため 第 だい 二 に 輛車在 ざい 時間 じかん t 秒 びょう 後 ご 的 てき 位置 いち 。
x
1
(
t
)
=
d
+
v
1
t
=
200
+
22
t
;
x
2
(
t
)
=
v
2
t
=
30
t
{\displaystyle x_{1}(t)=d+v_{1}t=200\ +\ 22t\ ;\quad x_{2}(t)=v_{2}t=30t}
當時 とうじ 間 あいだ 為 ため t = 0 s時 じ ,第 だい 一輛車位於200米 まい 處 しょ ,而第二 に 輛車位置 いち 為 ため 零 れい ,這符合 ふごう 實際 じっさい 情況 じょうきょう 。我 わが 們要設 しつらえ x 1 = x 2 ,並 なみ 求 もとむ t :
200
+
22
t
=
30
t
{\displaystyle 200+22t=30t}
8
t
=
200
{\displaystyle 8t=200}
t
=
25
s
{\displaystyle t=25\,\mathrm {s} }
或 ある 者 もの 我 わが 們可以選擇 せんたく 位 い 於第一 いち 輛車上 じょう 的 てき 參考 さんこう 系 けい S '。在 ざい 這個參考 さんこう 系 けい 裏 うら ,第 だい 一 いち 輛車是 ぜ 靜止 せいし 的 てき ,而第二輛車跟隨在後,速度 そくど 為 ため v 2 − v 1 = 8 m/s。趕上前 まえ 一輛車所需的時間為
d
v
2
−
v
1
=
200
8
s
{\displaystyle {\frac {d}{v_{2}-v_{1}}}={\frac {200}{8}}\,\mathrm {s} }
,也就是 ぜ 25秒 びょう ,同上 どうじょう 。使用 しよう 這個參考 さんこう 系 けい 比 ひ 上 じょう 一個參考系簡單得多。第 だい 三種 さんしゅ 做法是 ぜ ,取 と 位 くらい 於第二 に 輛車上 じょう 的 てき 參考 さんこう 系 けい 。這和以上 いじょう 的 てき 例 れい 子 こ 相似 そうじ ,但 ただし 這次第 だい 二 に 輛車為 ため 靜止 せいし ,而第一輛車以每秒8米 まい 的 てき 速度 そくど 向 こう 後退 こうたい 。
另外我 わが 們也可 か 以使用 しよう 旋轉 せんてん 或 ある 加速 かそく 的 てき 參考 さんこう 系 けい ,但 ただし 這樣會 かい 不 ふ 必要 ひつよう 地 ち 把 わ 問題 もんだい 複雜 ふくざつ 化 か 了 りょう 。值得注意 ちゅうい 的 てき 是 ぜ ,在任 ざいにん 何 なん 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 作出 さくしゅつ 的 てき 測量 そくりょう 都 と 可 か 以換算 かんさん 成 なり 其他的 てき 參考 さんこう 系 けい 。
以上 いじょう 的 てき 例 れい 子 こ 作 さく 了 りょう 一 いち 些假設 かせつ 。比 ひ 如牛頓 ひたぶる 使用 しよう 的 てき 是 ぜ 世界 せかい 時 じ ,因 いん 此兩個 りゃんこ 相 しょう 互以高速 こうそく 勻速運動 うんどう 的 てき 鐘 かね 的 てき 時間 じかん 流 りゅう 逝率永遠 えいえん 是 ぜ 一 いち 樣 よう 的 てき 。他 た 認 みとめ 為 ため 一 いち 個 こ 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 的 てき 時間 じかん 流 りゅう 逝率應 おう 該和所有 しょゆう 其他參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 的 てき 一 いち 樣 よう 。也就是 ぜ 說 せつ ,所有 しょゆう 參考 さんこう 系 けい 的 てき 時間 じかん 流 りゅう 逝率都和 つわ 一個絕對的世界時相同,並 なみ 不 ふ 取 と 決 けつ 於參考 さんこう 系 けい 的 てき 位置 いち 和 わ 速 そく 率 りつ 。愛 あい 因 いん 斯坦於1905年 ねん 在 ざい 他 た 的 てき 狹義 きょうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中延 なかのぶ 伸 しん 了 りょう 這一概念 がいねん ,並 なみ 假設 かせつ 所有 しょゆう 物理 ぶつり 定律 ていりつ 在 ざい 所有 しょゆう 的 てき 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 都 と 相 しょう 同 どう (包括 ほうかつ 光 こう 在 ざい 真空 しんくう 中 ちゅう 的 てき 速度 そくど ),在 ざい 這種原理 げんり 下 か 參考 さんこう 系 けい 之 の 間 あいだ 的 てき 變換 へんかん 方法 ほうほう 稱 たたえ 為 ため 洛 らく 倫 りん 茲變換 へんかん 。
另外,慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 的 てき 定義 ていぎ 並 なみ 不 ふ 局限 きょくげん 於三 さん 維歐 おう 幾里 いくさと 得 とく 空間 くうかん 。牛 うし 頓 ひたぶる 所用 しょよう 的 てき 為 ため 簡單 かんたん 的 てき 歐 おう 幾里 いくさと 得 とく 空間 くうかん ,但 ただし 廣義 こうぎ 相對 そうたい 論 ろん 則 のり 用 よう 一種更為廣義的幾何。就拿橢球體 きゅうたい 的 てき 幾何 きか 為 ため 例 れい ,其中的 てき 自由 じゆう 粒子 りゅうし 定義 ていぎ 為 ため 沿着測地 そくち 線 せん 勻速移動 いどう 或 ある 靜止 せいし 不動 ふどう 。兩個 りゃんこ 自由 じゆう 粒子 りゅうし 可 か 以在表面 ひょうめん 上 じょう 的 てき 同 どう 一 いち 點 てん 開始 かいし ,以勻速 そく 向 こう 不同 ふどう 方向 ほうこう 運行 うんこう 。一段 いちだん 時間 じかん 後 ご ,兩個 りゃんこ 粒子 りゅうし 會 かい 在 ざい 橢球體 きゅうたい 的 てき 另一邊會和相撞。粒子 りゅうし 均 ひとし 以勻速 そく 運行 うんこう ,符合 ふごう 沒 ぼつ 有 ゆう 外在 がいざい 施 ほどこせ 力 りょく 的 てき 定義 ていぎ ;沒 ぼつ 有 ゆう 加速度 かそくど ,也就符合 ふごう 了 りょう 牛 うし 頓 ひたぶる 第 だい 一 いち 定律 ていりつ 。因 よし 此這兩個 りゃんこ 粒子 りゅうし 位 い 於慣性 せい 參考 さんこう 系 けい 當 とう 中 なか 。它們最後 さいご 的 てき 相 しょう 撞是橢球體 きゅうたい 的 てき 幾何 きか 造成 ぞうせい 的 てき 。類似 るいじ 地 ち ,人 にん 們現在 げんざい 相 しょう 信 しん 存在 そんざい 一 いち 種 しゅ 稱 たたえ 為 ため 時空 じくう 的 てき 四 よん 維幾何 なに ,而這種 しゅ 幾何 きか 能 のう 夠解釋 かいしゃく 為 ため 甚麼 いんも 兩個 りゃんこ 有 ゆう 質量 しつりょう 的 てき 物體 ぶったい 在 ざい 沒 ぼつ 有 ゆう 外力 がいりょく 的 てき 情況 じょうきょう 下 か 會 かい 互相靠 もたれ 近 ちか 。時空 じくう 的 てき 曲 きょく 率 りつ 取 と 代 だい 了 りょう 牛 うし 頓 ひたぶる 力學 りきがく 和 わ 狹義 きょうぎ 相對 そうたい 論 ろん 中 ちゅう 的 てき 重力 じゅうりょく 。
非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 和 わ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 之 の 間 あいだ 的 てき 分別 ふんべつ 在 ざい 於,在 ざい 用 もちい 到 いた 非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 時 じ ,必須 ひっす 用 よう 到 いた 假想 かそう 力 りょく 。
加速 かそく 參考 さんこう 系 けい 一般 いっぱん 以撇號 ごう 標記 ひょうき ,所有 しょゆう 與 あずか 其相關 そうかん 的 てき 變量 へんりょう 都 と 加 か 以撇號 ごう :x '、y '、a '等 とう 。
某 ぼう 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 和 わ 非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 之 の 間 あいだ 的 てき 距離 きょり 一般 いっぱん 記 き 為 ため R 。取 と 同時 どうじ 存在 そんざい 於兩個 りゃんこ 參考 さんこう 系 けい 中 ちゅう 的 てき 任意 にんい 點 てん ,從 したがえ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 原點 げんてん 指向 しこう 該點的 てき 向 こう 量 りょう 長 ちょう 度 ど 為 ため r ,而從非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 原點 げんてん 指向 しこう 該點的 てき 向 こう 量 りょう 長 ちょう 度 ど 為 ため r '。以下 いか 的 てき 關係 かんけい 成立 せいりつ :
r
=
R
+
r
′
{\displaystyle \mathbf {r} =\mathbf {R} +\mathbf {r} '}
取 と 一階及二階導數後得:
v
=
V
+
v
′
{\displaystyle \mathbf {v} =\mathbf {V} +\mathbf {v} '}
a
=
A
+
a
′
{\displaystyle \mathbf {a} =\mathbf {A} +\mathbf {a} '}
其中V 和 わ A 分別 ふんべつ 為 ため 相對 そうたい 非 ひ 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 的 てき 速 そく 率 りつ 和 わ 加速度 かそくど ,而v 和 わ a 分別 ふんべつ 為 ため 相對 そうたい 慣性 かんせい 參考 さんこう 系 けい 的 てき 速 そく 率 りつ 和 わ 加速度 かそくど 。
利用 りよう 這些公式 こうしき ,我 わが 們能夠在兩 りょう 種 たね 參考 さんこう 系 けい 之 の 間 あいだ 變換 へんかん 。比 ひ 如,牛 うし 頓 ひたぶる 第 だい 二 に 定律 ていりつ 現在 げんざい 可 か 以寫作 さく :
F
=
m
a
=
m
A
+
m
a
′
{\displaystyle \mathbf {F} =m\mathbf {a} =m\mathbf {A} +m\mathbf {a} '}
當 とう 從 したがえ 旋轉 せんてん 參考 さんこう 系 けい 等 とう 加速 かそく 參考 さんこう 系 けい 來 らい 看 み 時 じ ,慣性 かんせい 似 に 乎表現 ひょうげん 為 ため 一 いち 種 しゅ 力 りょく (旋轉 せんてん 參考 さんこう 系 けい 中有 ちゅうう 離 はなれ 心力 しんりょく 及與垂直 すいちょく 於物體 ぶったい 移動 いどう 路 ろ 徑 みち 的 てき 科 か 里 さと 奧 おく 利 り 力 りょく )。
其中一種常見的加速參考系為同時旋轉並平移的參考系(如固定 こてい 在 ざい 搬動並 なみ 運 うん 作中 さくちゅう 的 てき 播放機 き 裏 うら 的 てき 光 ひかり 碟上的 てき 參考 さんこう 系 けい )。如此的 てき 參考 さんこう 系 けい 有 ゆう 以下 いか 的 てき 方程式 ほうていしき :
a
=
a
′
+
ω おめが
˙
×
r
′
+
2
ω おめが
×
v
′
+
ω おめが
×
(
ω おめが
×
r
′
)
+
A
0
{\displaystyle \mathbf {a} =\mathbf {a} '+{\dot {\boldsymbol {\omega }}}\times \mathbf {r} '+2{\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {v} '+{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} ')+\mathbf {A} _{0}}
或 ある 求 もとめ 相對 そうたい 加速 かそく 參考 さんこう 系 けい 的 てき 物體 ぶったい 加速度 かそくど :
a
′
=
a
−
ω おめが
˙
×
r
′
−
2
ω おめが
×
v
′
−
ω おめが
×
(
ω おめが
×
r
′
)
−
A
0
{\displaystyle \mathbf {a} '=\mathbf {a} -{\dot {\boldsymbol {\omega }}}\times \mathbf {r} '-2{\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {v} '-{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} ')-\mathbf {A} _{0}}
兩邊 りょうへん 乘 じょう 以質量 りょう m 得 とく
F
′
=
F
p
h
y
s
i
c
a
l
+
F
E
u
l
e
r
′
+
F
C
o
r
i
o
l
i
s
′
+
F
c
e
n
t
r
i
p
e
t
a
l
′
−
m
A
0
{\displaystyle \mathbf {F} '=\mathbf {F} _{\mathrm {physical} }+\mathbf {F} '_{\mathrm {Euler} }+\mathbf {F} '_{\mathrm {Coriolis} }+\mathbf {F} '_{\mathrm {centripetal} }-m\mathbf {A} _{0}}
其中
F
E
u
l
e
r
′
=
−
m
ω おめが
˙
×
r
′
{\displaystyle \mathbf {F} '_{\mathrm {Euler} }=-m{\dot {\boldsymbol {\omega }}}\times \mathbf {r} '}
(歐 おう 拉 ひしげ 力 りょく )
F
C
o
r
i
o
l
i
s
′
=
−
2
m
ω おめが
×
v
′
{\displaystyle \mathbf {F} '_{\mathrm {Coriolis} }=-2m{\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {v} '}
(科 か 里 さと 奧 おく 利 り 力 りょく )
F
c
e
n
t
r
i
f
u
g
a
l
′
=
−
m
ω おめが
×
(
ω おめが
×
r
′
)
=
m
(
ω おめが
2
r
′
−
(
ω おめが
⋅
r
′
)
ω おめが
)
{\displaystyle \mathbf {F} '_{\mathrm {centrifugal} }=-m{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} ')=m(\omega ^{2}\mathbf {r} '-({\boldsymbol {\omega }}\cdot \mathbf {r} '){\boldsymbol {\omega }})}
(離 はなれ 心力 しんりょく )
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