5.15: Eylemli Referans Çerçeveleri

Referans çerçevesi, bir atalet çerçevesine göre ivme kazanan veya yavaşlayan bir çerçevedir. Bunun anlaşılmasına yardımcı olmak için uçağın kalkışını düşünün, bir arabadaki dönüşü, bir çocuklu atlıkarıncada binmeyi ve tropikal bir siklonun dairesel hareketini. Tüm bu sistemler Dünya'ya göre ivme kazanıyor, yavaşlıyor veya dönüyor; dolayısıyla, hepsi atalet kuvvetleri sergiler. Bu kuvvetler sadece hareketten kaynaklandığı gibi görünür, çünkü gözlemcinin referans çerçevesi ivmelendiriliyor veya dönüyor. Bu farklı bakış açılarını incelerken birleştirebiliriz. Bir fizikçi, analiz edilen durum için en uygun referans çerçevesini seçer. Fizikçiler atıl kuvvetleri ve Newton'un ikinci yasasını probleme uygunsa kullanmada sorun yaşamazlar. Benzer şekilde, yardımcı olduğunda hızlanan bir referans çerçevesi kullanılır. Farklı referans çerçeveleri düşünülmelidir, örneğin, ışık hızına yakın hızlarda seyahat eden bir uzay gemisindeki bir astronotun hareketi tartışıldığında, bu özel görelilik kuramına uygulanır.

Dünya, dönmesinden kaynaklanan herhangi bir etkiden çok az veya hiç endişe duyulmadan bir atalet çerçevesi olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, böyle etkiler var, örneğin, hava sistemlerinin dönmesi. Kuzey Kutbu'ndan yukarıdan bakıldığında, Dünya saat yönünün tersine döner ve Dünya'nın Kuzey Yarıküresi'ndeki herhangi bir hareket sağa doğru bir Coriolis kuvveti deneyimler. Tersi Güney Yarıküre'de meydana gelir, burada kuvvet soldadır. Dünya'nın açısal hızının küçük olması nedeniyle, Coriolis kuvveti genellikle ihmal edilebilir, ancak büyük ölçekli hareketlerde, örneğin rüzgar desenlerinde önemli etkileri vardır. Coriolis kuvveti, Kuzey Yarıküresi'ndeki kasırgaların saat yönünün tersine dönmesine, Güney Yarıküresi'nde ise tropikal siklonların saat yönünde dönmesine neden olur.

Tropikal siklonların dönmesi ve bir atlıkarıncadaki bir topun yolu aynı şekilde atalet ve sistem altındaki dönmeyle açıklanabilir. Atalet oluşturan kuvvetler, örneğin Coriolis kuvveti, eğri yolun açıklanması için uydurulmalıdır. Bu atalet kuvvetleri için belirli bir fiziksel kaynak yoktur. Atalet çerçeveleri kullanıldığında, atalet yolunu açıklar ve her kuvvetin belirli bir kaynağı vardır. Doğayı tanımlamak için her iki bakış açısını da kullanabiliriz, ancak atalet çerçevesindeki bakış açısı daha basittir, çünkü tüm kuvvetlerin kökeni ve açıklaması vardır.

Bu metin şu kaynaktan uyarlanmıştır:Openstax, University Physics Volume 1, Section 5.6: Common Forces Ve Section 6.3: Centripetal Force.

Newton yasalarının geçerli olduğu referans çerçevelerinin eylemsizlik çerçeveleri olarak bilindiğini hatırlayın. Bununla birlikte, Newton yasalarına meydan okuyan, eylemsiz referans çerçeveleri olarak adlandırılan referans çerçeveleri vardır.

Ataletsel olmayan çerçeveler, eylemsiz çerçevelere göre hızlanıyor veya yavaşlıyor.

Örneğin, bir uçak havalandığında, yolcular uçağın ivmesine zıt bir geri kuvvet hissederler. Bu, Newton'un nesnelerin net dış kuvvet yönünde hızlandırıldığı ikinci yasasını ihlal eder.

Eylemsiz çerçevelerde, nesnelerin hareketini açıklamak için fiziksel kökeni olmayan eylemsiz veya hayali kuvvetler gereklidir. Bu nedenle, mekanikte, ataletsel bir çerçeve kullanmak daha uygundur.

İdeal olarak, Dünya'ya sabitlenmiş bir referans çerçevesi, devri ve dönüşü nedeniyle eylemsiz değildir. Bununla birlikte, Dünya'nın dönüşünden kaynaklanan kuvvetler, küçük mekanik hareketlerde ihmal edilebilir düzeydedir, ancak rüzgar modelleri gibi büyük ölçekli hareketleri etkiler.

Bu çerçevedeki hayali kuvvet, rüzgarı kuzey yarımkürede saat yönünde ve güney yarımkürede saat yönünün tersine saptırır.