Treghetssystem

Et treghetssystem, også kalt inertialsystem, er et koordinatsystem som ikke er under akselerasjon. Dette koordinatsystemet brukes for å beskrive bevegelsen til partikler eller legemer matematisk i forhold til et gitt referansepunkt. Da vil den mekaniske beskrivelsen av en bevegelse oppfylle Newtons lover, dersom hastighet og størrelse på legemene er innenfor modellens gyldighetsområde. Dette referansesystemet har selv en bestemt bevegelsestilstand som påvirker hvordan bevegelsene ser ut. Det innebærer at enhver akselerasjon som observeres i et treghetsystem er forårsaket av en kraft.

Det er ikke lett å finne et virkelig treghetsystem: jorden roterer rundt seg selv, jordkloden trekkes mot solen, solen trekkes mot senteret av galaksen, og galaksen er også akselerert av gravitasjonskrefter fra andre steder. Men i praksis har dette lite å si så lenge akselerasjonen kan betraktes som svak. Hvorvidt den kan det avhenger av størrelsesordenen på det fysiske systemet som skal modelleres. For eksempel er jordrotasjonen viktig i meteorologisk sammenheng, men neglisjerbar for fenomener som foregår på en mindre skala.

I Newtons mekanikk er det en vanlig framgangsmåte å regne på det akselerte systemet som om det var et treghetssystem. Dette kan gjøres ved å innføre imaginære krefter som sentrifugalkraften og corioliskraften. Newton hevdet i sine teorier eksistensen av et absolutt treghetssystem slik at all observert bevegelse (som nødvendigvis er relativ) kunne tilskrives en absolutt bevegelse. Relativitetsteorien avviser dette, og hevder i stedet at alle treghetssystemer er likeverdige. Dette synspunktet ble formulert allerede av Galileo Galilei og går under navnet relativitetsprinsippet.

Eksempler

For eksempel når en reiser i et kjøretøy som beveger seg med en konstant hastighet, vil ikke fysikkens lover endres som følge av bevegelse. En person som er med i kjøretøyet kan kaste en ball rett opp i luften og ta den mens den faller ned uten å bekymre seg for at det påføres en kraft i samme retning som kjøretøyets bevegelse. Dette gjelder selv om en annen person som står ved veien og observerer kjøretøyet i bevegelse ser ballen, denne personen vil se ballens bevegelse som en buet parabolsk bane i samme retning som kjøretøyets bevegelse. Det er tregheten til ballen forbundet med dens konstant hastighet i samme retning som kjøretøyets bevegelse, som sikrer at ballen fortsetter å bevege seg fremover selv når den er kastet opp og faller ned igjen. Fra perspektivet til personen i bilen er kjøretøyet og alt inne i den er i ro: Det er omverdenen som beveger seg med en konstant hastighet i motsatt retning av kjøretøyet. Siden det ikke er noe eksperiment som kan skille mellom hvorvidt det er det kjøretøy, eller omverdenen som er i ro, er de to tilfeller ansett til å være fysisk umulig å skille. Treghet gjelder derfor like godt under bevegelse med konstant hastighet som det gjør i hvile.

Generalisering

Begrepet treghet kan ytterligere generaliseres til å forklare tendensen til legemer til å fortsette i mange forskjellige former for konstant bevegelse, selv de som ikke er strengt konstant hastighet. Treghetsmoment til Jorden er det som gir konstant lengde av en dag og lengde av et år. Albert Einstein utvidet konseptet om treghet ytterligere når han forklart at referanserammer er utsatt for konstant akselerasjon, slik som det skjer i fritt fall mot et gravitasjons objekt, var fysisk tilsvarende treghetsreferanserammer. Dette er grunnen til at for eksempel astronauter opplever vektløshet når de er i fritt fall i en bane rundt jorden, og hvorfor Newtons bevegelseslover er lettere synlige i slike miljøer. Dersom en astronaut plasserer et legeme med masse i luften ved siden av seg, vil det forbli stasjonær i forhold til astronauten på grunn av sin treghet. Dette er det samme som ville skje hvis astronauten og legemet var på et intergalaktiske sted der det ikke virket noen netto tyngdekraften på deres felles referanseramme. Dette ekvivalensprinsippet var et av de grunnleggende fundamentene for utviklingen av den generelle relativitetsteorien.