ĐỐI CỦA EINSTIEN
Enstien nhận xét rằng trong một buồng thang máy chuyển động thẳng với gia tốc không đổi (coi như hệ quy chiếu không quán tính) trong khoảng không gian xa Trái Đất và các thiên thể khác, những hiện tượng cơ học xảy ra giống như trong một trường hấp dẫn điều không đổi. Như vậy, nghĩa là không có một thí nghiệm vật lý nào thực hiện trong một phòng thí nghiệm lại cho phép khẳng định được rằng phòng thí nghiệm đang chuyển động với gia tốc không đổi (không có trường hấp dẫn) hoặc phòng thí nghiệm đó đang đứng yên (hoặc chuyển động thẳng đều) trong một trường hấp dẫn đều và không đổi.
Nếu ta đứng trong phòng thí nghiệm ấy, ta thấy đi lại vẫn bình thường, khói thuốc lá vẫn bốc lên trần, tàn thuốc vẫn rơi xuống sàn, ta không thể biết rằng phòng thí nghiệm đang chuyển động với gia tốc g trong không gian vũ trụ hay nó đang đứng yên trên Trái Đất. Nếu xét một vật khối lượng m nằm trong phòng thí nghiệm trên và coi như phòng đang chuyển động đi lên với gia tốc - g, ta thấy khối lượng m chịu một lực quán tính tác dụng : F qt = mg hướng xuống và thu được gia tốc g . Nhưng nếu coi như phòng thí nghiệm đang đứng yên trên trái đất thì khối lượng m sẽ chịu tác dụng của lực hấp dẫn của Trái Đất và thu được gia tốc g như trên. Trường hợp trên khối lượng m gọi là khối lượng quán tính, trường hợp dưới khối lượng m gọi là khối lượng hấp dẫn. Thật ra : mquán tính = mhấp dẫn. Hai nhà vật lý Dike tại Princeton và Brarinski tại Moscow đã đo và kết quả của sự sai khác giữa hai loại khối lượng trên bằng 10–12.
Như vậy, ta nói có sự tương đương giữa tường hấp dẫn và trường quán tính. Einstien đã đề ra nguyên lý tương đương như sau :
“Một hệ quy chiếu không quán tính (chuyển động có gia tốc) thì tương đương với một trường hấp dẫn”.
Tuy nhiên, giữa hai loại trường này có những điểm khác nhau. Trường hấp dẫn “thực” giảm dần tới không ở khoảng cách xa vô cực đối với các vật sinh ra trường. Trái lại, trường hấp dẫn tương đương với hệ quy chiếu không quán tính lại tăng lên vô kể ở khoảng cách vô cực ấy hay ít nhất cũng giữ một trị số xác định. Chẳng hạn, lực ly tâm xuất hiện trong HQC quay tăng lên vô cùng khi xa trục quay hay trường tương đương với HQC chuyển động tịnh tiến nhanh dần đều thì giống nhau ở mọi điểm trong không gian, dù ở vô cực.
Luận văn tốt nghiệp GVHD:Dương Đào Tùng
Trường tương đương với HQC không quán tính biến mất khi ta chuyển sang hệ quán tính. Trái lại, trường hấp dẫn “thực” tồn tại cả trong hệ quán tính và không có một cách chọn HQC nào để làm biến mất toàn bộ trường đó. Chỉ có cách chọn HQC làm biến mất một phần xác định của trường thực trong không gian đủ nhỏ thôi (trường hấp dẫn biến mất trong buồng thang máy rơi tự do).
KẾT LUẬN CHUNG
Như vậy, chuyển động cơ học của một vật thể luôn được khảo sát trong một hệ quy chiếu, nghĩa là chuyển động đó phải được so với mốc nào, nếu không mọi chuyển động đều không có nghĩa. Do đó công việc đầu tiên trước khi giải bài toán cơ học là chúng ta phải chọn hệ quy chiếu.
Về nguyên tắc, chúng ta có thể giải bài toán trong hệ quy chiếu quán tính mà không cần đến lực quán tính hoặc trong hệ quy chiếu không quán tính phải dùng đến các lực quán tính. Nhưng trong trường hợp vật (chất điểm) thực hiện những chuyển động tương đối, phức tạp thì việc xét trong hệ quy chiếu không quán tính bài toán sẽ đơn giản hơn rất nhiều. Cùng một chuyển động, có thể sẽ mô tả khác nhau trong các hệ quy chiếu khác nhau. Vì vậy, tùy theo từng bài toán cụ thể mà ta sẽ lựa chọn hệ quy chiếu thích hợp để việc nghiên cứu chuyển động dễ dàng hơn.
Khi đề cập về hệ quy chiếu, chắc chúng ta không thể nào không nhắc đến hệ quy chiếu Trái Đất. Bởi lẽ Trái Đất đối với chúng ta là một hệ quy chiếu nổi bật và gần gũi nhất, cho nên cần tìm hiểu thuộc tính của hệ quy chiếu này. Và qua việc phân tích định tính một vài hiện tượng vật lý sẽ giúp chúng ta nắm kỹ hơn bản chất của các hiện tượng ấy khi đứng trên quan điểm của hệ quy chiếu không quán tính.
Một trong những vấn đề mà chúng ta quan tâm hiện nay là việc sách giáo khoa Vật lý cải cách PTTH đưa thêm kiến thức mới về cơ học nói chung, về hệ quy chiếu không quán tính và lực quán tính nói riêng. Những kiến thức này trước đây chưa được đề cập ở sách giáo khoa PTTH, mà chỉ được trình bày trong chương trình các lớp chuyên lý và Đại học. Vì thế, đề tài này giúp chúng ta có cơ hội tìm hiểu, củng cố, nâng cao hiểu
Luận văn tốt nghiệp GVHD:Dương Đào Tùng
biết về hệ quy chiếu quán tính và không quán tính, đó là những tính chất quan trọng khi nói đến chuyển động cơ học. Và đây là nền tảng giúp chúng em vững tin hơn khi tốt nghiệp ra trường, bắt tay vào việc dạy học vật lý ở trường phổ thông theo chương trình cải cách đang được áp dụng thí điểm.
Nhân đây, em hy vọng rằng các bạn sinh viên ở những khóa sau sẽ tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu thêm về lĩnh vực này, để giúp chúng ta có nhiều tài liệu hơn, có sự lập luận chặt chẽ và sâu sắc hơn khi sử dụng hệ quy chiếu quán tính và không quán tính.