与参考体相固连的整个延伸空间。参考体是用来确定物体的位置和描述它的机械运动而选作标准的另一个物体。为了用数值表达一个物体的位置,可在参考体上设置坐标系,称为参考坐标系。参考系和参考坐标系都可以任意选择,但同一个运动在不同参考系中的表现形式是不同的。通常按照问题的实际情况选取适当的参考体。例如,当火箭从地球表面起飞时,宜用地球做参考体;当航天器成为绕太阳运动的人造行星时,宜用太阳做参考体。由此可见,一切力学现象只能相对于所选定的参考系进行观察,描述和研究。在同一参考系上可有不同的参考坐标系,它们对同一个物体的位置坐标的值虽然不同,但有确定的几何关系联系着。为了能对物体运动作定量描述,常直接引用参考坐标系。
参考系的选择是任意的,但应以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则,研究地面上物体的运动常选择地面为参考系。
一般题目未注明,参照系就是地面。
参考系的选择
1.事先假定参考系不动。
2.选择不同的参考系,结果会有所不同。
3.参考系的选取可以是任意的。
4.要在同一参考系中。
标准性:用来做参考系的物体都是假定不动的,被研究的物体是运动还是静止,都是相对于参考系而言的。
任意性:参考系的选取具有任意性,但应以观察方便和运动的描述尽可能简单为原则。
统一性:比较不同的运动时,应该选择同一参考系。
差异性:同一运动选择不同的参考系,观察结果一般不同。例如,坐在行驶的车中的乘客,以地面为参考系,乘客是运动的,但如果以车为参考系,则乘客是静止的。
如果物体相对于参照系的位置在变化,则表明物体相对于该参照系在运动;如果物体相对于参照系的位置不变,则表明物体相对于该参照系是静止的。同一物体相对于不同的参照系,运动状态可以不同。在运动学中,参照系的选择可以是任意的。研究和描述物体运动,只有在选定参照系后才能进行。如何选择参照系,必须从具体情况来考虑。例如,一个星际火箭在刚发射时,主要研究它相对于地面的运动,所以把地球选作参照物。但是,当火箭进入绕太阳运行的轨道时,为研究方便,便将太阳选作参照系。为研究物体在地面上的运动,选地球作参照系最方便,例如,观察坐在飞机里的乘客,若以飞机为参照系来看,乘客是静止的;如以地面为参照系来看,乘客是在运动。因此,选择参照系是研究问题的关键之一。
从运动学角度看,参考系可以任意选取。对一个具体的运动学问题,我们一般从方便出发选取参考系以简化物体运动的研究。古代研究天体的运动时,很自然以地球为参考系。托勒密的“地心说”用本轮、均轮解释行星的运动。哥白尼用“日心说”解释行星的运动时,也要用本轮和均轮。从运动学角度看,“地心说”和“日心说”都可以同样好地描述行星的运动。但从研究行星运动的动力学原因的角度看,“日心说”开通了走向真理的道路。开普勒在“地心说”的基础上,把行星的圆周运动改变为椭圆运动从而扔掉了本轮、均轮的说法,开普勒并在观测的基础上建立了行星运动三定律,作出了重要的贡献。牛顿进一步揭示了开普勒三定律的奥秘,建立了万有引力定律、概括出“万有引力”概念。我们应该注意,从运动学看所有的参考系都是平权的,选用参考系时只考虑分析解决问题是否简便。从动力学看参考系区分为惯性参考系和非惯性参考系两类,牛顿定律等动力学规律只对惯性参考系成立,对不同的非惯性参考系要应用牛顿定律需引入相应的惯性力修正。