Mechanik: Dynamik

Inertialsystem

Inhaltsübersicht

Du fragst dich auch was diese Inertialsysteme eigentlich sein sollen? Wir zeigen Dir worauf du achten musst! Falls du keinen Text lesen möchtest, erklären wir dir alles in unserem Video in kürzester Zeit.

Zunächst betrachten wir den Begriff Inertialsystem. Unter anderem kommt hier das lateinische Wort „inert“ vor, was soviel wie „träge“ oder „untätig“ bedeutet. Demnach sprechen wir ja eigentlich von einem untätigen, beziehungsweise trägen System, oder?

Inertialsystem Definition

Fast! Grundsätzlich beschreibt das Inertialsystem ein besonderes Bezugs- oder Koordinatensystem. Gemäß des ersten Newtonschen Axioms bewegt sich in diesem besonderen Bezugssystem eine kräftefreie Masse gleichförmig geradlinig oder verharrt relativ zum Bezugssystem in Ruhe, weswegen hier auch das Trägheitsgesetz gilt. Falls du dir bezüglich der Newtonschen Axiome nicht mehr sicher bist, kannst du dir hier unseren Beitrag dazu durchlesen.

Was bedeutet nun kräftefrei? Kräftefrei heißt, dass der Körper im Bezugssystem keine Krafteinwirkung durch andere Körper erfährt oder dass sich die Einwirkungen auf den Körper insgesamt so aufheben, sodass diese 0 sind.

Gleichförmig ist der physikalische Begriff für unbeschleunigt, das heißt, dass die Geschwindigkeit des Körpers konstant ist oder ruht. Es können auch Beschleunigungen von Körpern auftreten. Allerdings ist dann der Beschleunigungsvektor der Kraft und der Betrag der Beschleunigung proportional zum Betrag der resultierenden Kraft. Dies bedeutet, dass das 2. Gesetz von Newton gilt.

Ein besonderes Inertialsystem ist das Ruhesystem. Hier befindet sich die Masse relativ zum Beobachter im Ruhezustand. Es wird auch als mitbewegtes System bezeichnet. Systeme, die sich gleichförmig gegenüber einem Inertialsystem bewegen sind ebenfalls gleichförmig.

Inertialsystem, Ruhesystem, gleichförmig, unbeschleunigt, Geschwindigkeit, Kräfte
Definition des Inertialsystems

Inertialsystem Beispiel

Wir nehmen an, du fährst mit der Tram mit einer konstanten Geschwindigkeit zur Uni und hast deinen Rucksack mit Skripten dabei. Aus deiner Sicht ruht nun der Rucksack, denn du bewegst dich mit der gleichen Geschwindigkeit in der Tram. Beobachten dich jedoch deine Kommilitonen an der Haltestelle, bewegt sich sowohl der Zug als auch dein Rucksack.

Inertialsystem – Beispiel

Du und deine Kommilitonen habt also verschiedene Blickwinkel auf dasselbe Ereignis. Deshalb braucht man auch in der Physik verschiedene Bezugssysteme, oder auch Inertialsysteme, um eine Bewegung optimal zu beschreiben.

Ein Gegenbeispiel für Nicht-Inertialsysteme sind vor allem rotierende Systeme, wie zum Beispiel auch die Erde oder ein Karussell. Hier treten gewisse Trägheitskräfte auf, die die Geradlinigkeit der Bewegung aus Sicht des Beobachters nicht gewährleisten, da dieser auch mit dem System rotiert. Aber auch hier gelten Ausnahmen. Ist die Erdrotation im Vergleich zum Zeitablauf des Experimentes, vernachlässigbar, kann auch die Erde eine sehr gute Näherung eines Inertialsystems sein.

Es können Transformationsgleichungen zwischen solchen Bezugssystemen aufgestellt werden. Dazu nutzt man die Galileitransformation. Diese erlaubt die Umrechnung von einem Koordinaten- bzw. Inertialsystem in ein anderes, wenn sie sich relativ zueinander mit einer konstanten Geschwindigkeit v bewegen.

Spezielle Relativitätstheorie

Inertialsysteme spielen sowohl in der speziellen als auch in der allgemeinen Relativitätstheorie eine wichtige Rolle. So gilt in der speziellen Relativitätstheorie das Relativitätsprinzip. Dieses besagt, dass die Gesetze der Physik in allen Inertialsystemen gleich gelten. Außerdem gilt hier das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Dieses besagt, dass alle Inertialbeobachter die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen.

Allgemeine Relativitätstheorie

In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird für das Äquivalenzprinzip ebenfalls von „lokalen Inertialsystemen“ ausgegangen. Dabei kann nur noch lokal ein Inertialsystem gefunden werden und es gilt nur noch die lokale Lorentzinvarianz.

Sehr schön! Nun weißt du endlich was ein Inertialsystem ist und wofür wir solche benötigen.

 


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