A vonatkoztatási rendszer – bevezetés

Ebben a videóban a vonatkoztatási rendszer fogalmáról szeretnék beszélni. Ez egy bevezető videó, a későbbi videókban jobban belemerülünk a témába. A vonatkoztatási rendszer igazából egy pont, ahonnan a dolgokat mérjük. És ahogy látni fogjuk, sok mennyiség, amit a fizikában mérhetünk – mint a sebességvektor vagy elmozdulás – változhat ettől a ponttól függően, attól függően, hogy milyen vonatkoztatási rendszert használunk. És hogy ezt érzékeltessem, le fogom rajzolni pontosan ugyanazt a helyzetet három különböző vonatkoztatási rendszer szerint. Ez az első, ez a második, ez pedig itt a harmadik. Tehát ez az első vonatkoztatási rendszer, az első helyzet, itt a vonatkoztatási rendszer a talaj. Ha egy mozdulatlan megfigyelő vagy a talajon... – képzeld el, hogy ez itt te vagy, és te méred meg mondjuk a sebességvektorokat. Te úgy látod – mivel a talajhoz képest nem mozogsz – ... nos, milyen a talaj sebességvektora? A talajjal együtt mozdulatlannak tűntök, úgy fest, nem mozogtok. Előveszed az eszközeidet, hogy megmérd a sebességvektort, vagy látod a változást, látod, hogy mekkora az elmozdulása egy bizonyos idő alatt a repülőnek és az autónak, és azt mondod, a repülő sebességvektora jobbra mutat, nagysága 250 m/s, 250 m/s, és mondjuk ez az autó – ami egy autóhoz képest gyorsan mozog – balra halad 50 m/s-mal. Tehát ez egyötöde ennek a hosszúságnak. Hadd rajzoljak egy kicsit. Azt mondtuk, hogy ez balra halad 50 m/s-mal. Nos, ez nem tűnik őrültségnek. Kimehetsz az autópálya mellé, és láthatod – az 50 m/s elég gyors lenne, de akárhogy is, megfigyelhetnénk ilyesmit –, teljesen elfogadhatónak tűnik. De mi történik, ha megváltoztatom a vonatkoztatási rendszerünket, megváltoztatom azt a pontot, ahonnan mérjük a dolgokat? Legyen az autó a vonatkoztatási rendszer! Ebben a vonatkoztatási rendszerben – tegyük fel, itt ülsz az autóban, nem javaslom, hogy ezt tedd vezetés közben, mondjuk valaki más vezet, vagy egy önvezető autóról van szó –, és előveszel néhány mérőműszert és a stoppert, és látod, hogy mekkora a talaj elmozdulása és a fölötte lévő repülőé mondjuk egy másodperc alatt. Először is azt mondhatod, hogy ebből a pontból nézve az autó mozdulatlan, az autó sebességvektora nullvektor, az autó mozdulatlan. A te nézőpontodból a talaj mozog, ezt tudnád megmérni. Azt látnád, hogy a fák elmennek melletted jobbra, vagyis hátrafelé, ha balra mész. Tehát a te szemszögedből úgy látszana, hogy a talaj mozog ebbe az irányba 50 m/s-mal. Úgy látszana, hogy hátrafelé, vagy ebben az esetben, ahogyan mi nézzük, jobbra mozog 50 m/s-mal. És a repülő? Úgy tűnne, a repülő nem csak 250 m/s-mal halad jobbra, nem csak 250 m/s lenne a sebessége, neked úgy tűnne, hogy még gyorsabban megy, hiszen vele szemben mozogsz, balra mozogsz, a talajhoz képest 50 m/s-mal. Tehát úgy látnád, hogy a repülő 250 + 50 m/s-mal halad. A vektor így néz ki, jobbra megy 300-zal – hadd írjam ezt narancssárgával –, 300 m/s-mal. És mi van, ha a repülőből nézzük? Mi van, ha a repülő a vonatkoztatási rendszer? Állítsd most meg a videót, és gondolkozz el rajta, hogy milyen lenne az autó, a repülő és a talaj sebességvektora a repülőből nézve. Rendben, most nézzük meg közösen! Most a repülőben ülünk, de nem mi vezetjük a repülőt, ezt valaki másnak kell csinálnia, mi elővesszük a mérőműszereket, és megpróbáljuk megmérni a többi dolog sebességvektorát a saját magunkhoz rögzített vonatkoztatási rendszerben. Nos, először is: a repülő mozdulatlannak látszik. Ez furcsának tűnhet, de ha már ültél valaha repülőn – főleg, amikor nincsen turbulencia, és már repülőmagasságban van, nem emelkedik vagy ereszkedik –, akkor ha becsukod a szemed, nem tudod eldönteni, hogy mozogsz-e. Ha lehúzod a redőnyt az ablakokon, olyan, mintha egy mozdulatlan valamiben lennél, egy házban is lehetnél. Tehát a repülőből nézve, a repülőből nézve úgy tűnik, a repülő mozdulatlan. Azonban a talaj elég gyorsan mozog. Úgy látszik, mintha feléd mozogna 250 m/s-mal. Hoppá, próbálok egyenes vonalat rajzolni... Kettőszáz... kettőszázötven m/s-mal. Néha furán viselkednek az eszközeim. Tehát 250 m/s-mal balra. És az autó, nos, az még gyorsabban halad balra. Balra halad 50 m/s-mal gyorsabban, mint a talaj. Úgy fog tűnni, hogy az autó nem csak 50 m/s-mal megy, úgy fog tűnni, hogy 50 plusz még 250 métert tesz meg másodpercenként, összesen 300 m/s-mal halad balra. Ebből már láthatod, hogy mi is az a vonatkoztatási rendszer. Ebben a bevezető videóban ez az a pont volt, ahonnan a méréseket végeztük. Sokan hajlamosak azt gondolni, hogy kell lennie egy helyes vonatkoztatási rendszernek. A hétköznapi életben sokszor mondhatnád, hogy talán ez a jó vonatkoztatási rendszer, a többit csak elképzeljük, ez vagy ez csak egy tévedés. Azért gondoljuk ezt, mert az általunk használt vonatkoztatási rendszer ez az óriási dolog, amit Földnek hívunk, de valójában egyik vonatkoztatási rendszer sem jobb a másiknál, mind egyenértékű, mind megfelelő vonatkoztatási rendszer. Nem, nem mondhatom, hogy egyenértékűek, nyilván különbözőek lesznek a mérési eredmények az egyes vonatkoztatási rendszerekben. De fizikai szempontból mind egyformán megfelelő.