參考系和參照物的區(qū)別是什么?物理學(xué)的偷梁換柱之參照物與參照系
1不知道從什么時(shí)候開(kāi)始,物理學(xué)不再努力甄別概念的真實(shí)意義,開(kāi)始制造神奇的東西,像制造神話一樣,一旦提出的一些預(yù)言得到驗(yàn)證,就被當(dāng)做神明一樣待遇。牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力,但萬(wàn)有引力究竟是啥,機(jī)理問(wèn)題沒(méi)有下文,但牛頓畢竟意識(shí)到這點(diǎn),并為此而苦惱。但從他的年代來(lái)說(shuō),已經(jīng)是前進(jìn)了一大步,而且,如果追問(wèn)機(jī)理的話,是追溯不完的,即便弄明白了萬(wàn)有引力機(jī)理,再深層次的機(jī)理問(wèn)題還是要被提出來(lái)。
比如,要問(wèn)人類的來(lái)源問(wèn)題,可以回答,上帝造人。算是解決了人類的來(lái)源問(wèn)題,但又有新的問(wèn)題擺在我們面前:人是上帝造的,那上帝又是誰(shuí)造的?以此類推,總會(huì)有新的問(wèn)題擺在我們面前。
但是有關(guān)物理學(xué)上的偷換概念的就不能容忍了,因?yàn)槲锢韺W(xué)有很多看上去差不多,但是卻截然相反的概念,一旦被換,其結(jié)論必定是錯(cuò)誤的,甚至荒唐的,現(xiàn)在我們看看一對(duì)看上去差不多的概念,參照系與參照物。
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物理學(xué)講相對(duì)運(yùn)動(dòng),總會(huì)講參照物,你的運(yùn)動(dòng)速度是多少?那是相對(duì)誰(shuí)來(lái)說(shuō)的,那個(gè)相對(duì)物就是參照物。參照物的概念是考察矢量運(yùn)動(dòng)的有大小,有方向。至少一個(gè)物體以v的速度離我遠(yuǎn)去還是沖我而來(lái),意義是完全不一樣的。因?yàn)槿绻x我遠(yuǎn)去,我是絕對(duì)安全的,如果沖我而來(lái),那就有把我撞得粉身碎骨的危險(xiǎn)了。
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至少我們知道,參照物是考察矢量速度的概念,提到參照物,就是考察矢量速度的。如果是參照系那一定是考察標(biāo)量速度的,一列高鐵列車在以350km/s的速度飛馳,那是相對(duì)鐵軌軌的,而鐵軌是固定在地面上不動(dòng)的,整個(gè)地面就可以被看成是剛體的不動(dòng)的。那這350km/s的速度就是標(biāo)量速度,不計(jì)方向。
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如果我們的注意力不在于運(yùn)動(dòng)物體性對(duì)于我們某物的相對(duì)位置關(guān)系,只考慮運(yùn)動(dòng)物體本身的一些指標(biāo),比如風(fēng)阻,列車與鐵軌的摩擦力,列車車輪的轉(zhuǎn)速,那我們所說(shuō)的速度一定是標(biāo)量速度。標(biāo)量速度所關(guān)心的不是外部事物,而是自己與直接接觸的物體的關(guān)系,并對(duì)自身產(chǎn)生的速度。比如一條魚(yú)在水中游動(dòng),它的游動(dòng)的阻力與其游動(dòng)速度的平方成正比。這里的注意力在于游動(dòng)與阻力與游動(dòng)速度上,而不是外界的某個(gè)珊瑚礁的距離變化上?
如果在參照系中考察矢量速度會(huì)怎么樣?我們可以試試研究一下。建立平直角坐標(biāo)系,一個(gè)動(dòng)點(diǎn)d相對(duì)原點(diǎn)o在x軸正軸方向以10m/s的速度運(yùn)動(dòng),我們可以說(shuō)d相對(duì)參照系以10m/s的速度運(yùn)動(dòng)嗎?不可以,因?yàn)槲覀冊(cè)趨⒄障祪?nèi)換一個(gè)點(diǎn),其相對(duì)速度就不是10m/s了。這個(gè)速度只是相對(duì)點(diǎn)o的,與參照系內(nèi)的其他點(diǎn)的相對(duì)速度都是不同的。
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設(shè)在t=0時(shí),動(dòng)點(diǎn)d開(kāi)始運(yùn)動(dòng),那么它相對(duì)于y1點(diǎn)的相對(duì)速度是多少?先計(jì)算距離,是時(shí)間的函數(shù):s=√(10×10+10t×10t) 相對(duì)速度為:v=s’=10t/√(1+t×t) 當(dāng)它t=1秒時(shí):v=5√2;當(dāng)t=2秒時(shí),v=4√5,速度都不是10m/s。由此可見(jiàn),參照系與參照物的概念是完全不一樣的。
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