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什么是参考系?

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什么是参考系?并且参考系之间到底有什么关系。
我很想弄明白这个问题,可总感觉有些难度,看伽利略变换倒觉得参考系之间是一个坐标变换,但又不太象,所以,我想开这个帖,希望征求下大家的意见,一起讨论一下把参考系之间的问题搞明白。


1楼2010-03-30 11:01回复
    因为看到很多人总说参考系,参考系来参考系去的,本来还是有点明白的,经过大家反复的提及和解说,我反而把这个问题搞糊涂了。
    竞不知参考系为何物了。


    2楼2010-03-30 11:04
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      2025-11-03 04:40:45
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      • 123.121.192.*
      可以把它理解成一种参考物吧,是为了描述物体运动的规律,位置,位移被选作参考的物体或物体群.根据参考物的运动状态不同,有分为惯性参考系,与非惯性参考系


      3楼2010-03-30 11:11
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        简单来说,你研究物体运动的时候找一个点,这个点你认为是静止不动的。
        那么这个点叫做“参考系”。物体的运动状态都是对于这个参考系来说的。
        为了数学上描述方便,我们经常在这个点上放一个三维直角坐标系,实际上这并不是参考系必需的。


        IP属地:上海4楼2010-03-30 11:18
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          要是学物理的人都能把参考系搞清楚,也就不会有反相、维相之间的争论了。就像一个旋转的舞女有一部分人永远看到的只是朝着一个方向旋转,而有另一部分人总能够看出来朝着两个方向旋转。


          5楼2010-03-30 11:19
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            对,参考系就是参考物,参考物就是被认为是静止不动的一个对象。可以在参考物上根据需要安放各种坐标系,用来描述其他物体的运动状态。


            IP属地:河南7楼2010-03-30 11:59
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              楼上各位的解释,我学习了,现在咱们一起来研究相对运动的参考系。不过还是要把以前的帖子找出来做为一个参考。打公式好方便些。呵呵。
              在物理学中,如果用数学方法来研究物理的运动,必须要寻找一个参考系,是为了找到一个相对静止点,这个点假定是静止的,因为哲学上已经说过,物质世界都是运动,故没有静止的参考物,只有相对静止的参考系。
              最先提出这种相对原理的是伽利略,它建立了一个参考系变换公式。
              x`= x + u.t  
              x = x`-u.t`
              y=y`
              z=z`
              t`=t
              这个定义很直观,它跟数学几何中的坐标变换差不多。故我以前总是喜欢用坐标变换来理解伽得略相对参考系变换。
              但是在这里还有一个问题。上面这个变换是一维情况,如果是三维的呢?伽氏变换没有说过,事实上,也没有人说得清楚,也不敢说它的三维情况。因为如果定义了三维,上面的一维定义就要出现问题了。为什么三维不好定义,是因为时间t没有定义清楚,时间在物理学中,是一个常识,就是时间是一维的,是不变的,不可能有分量。故总有人喜欢只提一维情况,但按我的假设速度u不变,则很容易定义三维变换,因此,伽利略变换同样存在有数学问题,这个如果仔细思考就会明白的。
              比如在三维几何坐标系中,一个矢量长度投影就可分解三维情况
              L=x+y+z
              如果在一维状态下,其投影为它的本身,假设在X轴上
              L=x
              y=0
              z=0
              如果是伽氏变换的一维情况,则有
              x`= x + u.t  
              x = x`-u.t`
              y=y`=0
              z=z`=0
              t`=t
              令t`=t,把x`=v`.t`=v`.t代入上式,得  
              v`=v + u  
              v =v`- u  
              这就是伽利略相对性原理。它的根本条件是时间相等原理(t`=t),v`的速度可以为任意值。
              


              10楼2010-03-30 20:11
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                这个相对速度u还是有必要说清楚的,在这里,用V来替代相对速度u,假设两个参考系都是运动的,其运动速度分别为u, υ ,则两个参考系之间的相对速度为V,那么,V与它们的关系为
                                   V = υ + u
                按数学几何来分解,则有
                                    V = Vx + Vy
                                    Vx = υx + ux
                                    Vy = υy + uy
                理论上,两参考系之间的相对速度V值可以是无穷,目前发现,物理系之间最最快速度为光速c,根据物理条件,则有
                        0≤V ≤2c
                        0≤υ ≤c
                        0≤u≤c
                比如,两束光沿相反的方向传播,它们之间的相对速度为2c,此称为伽利略相对速度。
                


                11楼2010-03-30 20:22
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                  2025-11-03 04:34:45
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                  由于物理学中假设了光速不变原理,光对参考系不具有惯性,两束光相对速度没有多少应用,故最有应用价值的是
                                 V=c±u
                  这个关系式可以用来解释光在两地传播时会出现系统时差效应,比如西安东京卫星通信时间延迟,被实验证明过的Sagnac效应.利用光速不变原理,还可解释横向观测光的洛仑兹效应,这就是1937年实验验证过的相对论多普勒效应,等等。
                  凡是与光参与的伽氏相对性原理,如果利用了光速不变,可解释也可推论出很多光学观测效应。
                  比如,做一个题会更好了解 V=c±u 的物理价值。
                  路基上有三点M、O、N,其中了OM=m,ON=n。一列货车以速度v,沿MON方向行驶,当列车经过O点时发出一道闪光。求列车上的观察者看到闪光到达M点和N点的时间差。    
                  解:根据光速不变原理和伽利略相对性的时间相等原理,有  
                  1/c=s/v   
                  (1+ s + h)/c = h/v   
                  可得出   
                  tm=(s+h)/v = 2m/(c-v)   
                  由  
                  n/c=s/v   
                  (n- s - h)/c = (h)/v   
                  可得出   
                  tn=(s+h)/v = 2n/(c+v)   
                  时间差取绝对值T=tm-tn= 2[(n-m)c-(n+m)u]/(c²-u²)  
                  当m=1时,得  
                  T=tm-tn= 2[(n-1)c-(n+1)u]/(c²-u²)  
                  当m=n时,得  
                  T=tn-tm = 4n.u/(c²-u²)  
                  如果上式还无法理解,那么,就把上面的问题化为圆盘旋转问题,可令 n=π.r,u=ω.r,S=π.r²,则T为  
                             T= 4ω.S/(c²-u²)≈4ω.S/c²  
                  我相信大家很熟悉上面这个结果,它就是被实验证明过的Sagnac效应.
                  


                  12楼2010-03-30 20:36
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                    由于性子太急,象竹筒倒豆子一样倒出来,毕竟没有教师的潜质,也不可能有那么好的耐心,故如果不明白话,大家可以相互交流,以求得出更好的更令人接受的推导。
                    由于数学家们不理解物理数学公式的物理意义,一旦发现一个新的数学物理公式,便会表现出极大的兴趣研究它的合理性,而不顾它们的物理意义。这样就容易产生一讹传讹的效果。
                    物理学公式中很多数学烂帐都是数学家们推波助澜所造成的。
                    


                    13楼2010-03-30 20:44
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                      伽氏变换的一维情况为
                      伽氏变换的一维情况,则有
                      x`= x + u.t  
                      x = x`-u.t`
                      y=y`=0
                      z=z`=0
                      t`=t
                      在这里,我们不能令t`=t,x`=v`.t,x=v.t,因为很有可能,x`与x分别代表两个参考系世界,而不是两个坐标系长度。但如果在光速情况下,也许另当别论了,因为物质世界都可假定由光物质所组成的。
                      究竟x`系与x`系里有什么,这不是相对性原理所能描述的,相对运动仅仅是为了描述运动之间的相对性,主要是为了描述两参考系之间的相对速度。
                      故,伽利略相对性描述,如果仅仅是为了描述坐标变换,这是应用错误了。
                      如果是为了坐标变换,那一定是相对速度V起了主要作用。
                      比如,在波动方程▽`²A - (1/c²).(d²A/dt`²)=0 中,伽利略坐标量x`与x与物理量A的物理意义差不多。
                      


                      14楼2010-03-31 09:58
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                        在这里,就有必要假设为V速(V为相对速度)不变了,为了描述方便故伽利略一维为
                        x`= x + V.t  
                        x = x`- V.t`
                        y=y`=0
                        z=z`=0
                        t`= t
                        在这里,两系中的(x`,y`,z`),(x,y,z)分别代表物理量,而不是坐标值。


                        15楼2010-03-31 10:01
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                          所以,在对波动方程的坐标变换中,变换的是相对速度V中的时空坐标,而不是参考系中的(x`,y`,z`),(x,y,z),故这一点我们要区分清楚,否则,就会说不清楚了,事实上,到现在也没有人说清楚过这个问题,不知是科普没有说清楚,还是那些学术官家本来就没有理解到这一点。
                          反正,到现在我这个被官科所鄙视的民科才算是正式提出来了。
                          


                          16楼2010-03-31 10:05
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                            就事论事,洛氏变换,实际上描述的是时空坐标变换,而这一点恰恰没有人强调过这一点。
                            它与伽氏变换完全是两回事。
                            总不能把一个变换即当作参考系变换,又当作坐标变换来用,这样会造成矛盾的。


                            17楼2010-03-31 10:14
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