Inertialsystem

Beim Erklären der Relativitätstheorie habe ich die Erfahrung gemacht, dass der Begriff Inertialsystem immer wieder zu Missverständnissen führt. Ich möchte daher auf dieser Seite näher erläutern, was mit einem Inertialsystem gemeint ist.

Um eine physikalische Situation berechnen zu können, ist es nötig die Positionen der beteiligen Objekte in Zahlen zu fassen. Man muss die Entfernungen der verschiedenen Objekte zueinander und die Ausrichungen der Objekte zu den Verbindungslinien kennen. Hierzu ist es üblich Koordinatensysteme zu definieren. In einem Koordinatensystem werden allen markanten Punkten von Objekten Koordinaten zugeordnet. Markante Punkte können dabei die Ecken oder die Mittelpunkte der Objekte aber auch beliebige andere Punkte sein. Im dreidimensionalen Raum sind dabei drei Werte nötig um einen Ort eindeutig zu bezeichnen. Da in der Physik in der Regel zueinander bewegte Objekte betrachtet werden, müssen die Ortskoordinaten aller Objekte zeitabhängig angegeben werden.

Die einfachste Form eines Koordinatensystem ist das nach Rene Descartes (auf Latein Renatus Cartesius) benannte Kartesische Koordinatensystem. In diesem System werden drei Achsen definert die sich in einem Punkt (dem Nullpunkt oder Ursprung) treffen und zueinender rechte Winkel einnehmen. Jeder Punkt im Raum kann nun über die drei Punkte auf diesen Achsen definiert werden, die dem Punkt am nächsten sind. Ein Kartesisches Koordinatensystem wird dann als Inertialsystem bezeichnet, wenn die Bewegung von Objekten in Koordinaten dieses Systems nach den Newtonschen Bewegungsgleichungen in ihrer einfachsten Form berechnet werden können. Insbesondere würde sich ein kräftefreier Körper in diesen Koordinaten gleichmässig auf einer geraden Linie bewegen und jede Abweichung von dieser Geraden kann durch eine Wechselwirkung mit einem anderen Körper erklärt werden.

Sowohl in der Newtonschen Mechanik als auch in der speziellen Relativitätstheorie kann man beliebig viele verschiedene Inertialsysteme definieren. Diese Systeme gehen durch Verschiebung oder Drehung ineinander über oder sie sind zueinander gleichförmig bewegt. Der wesentliche Unterschied zwischen der Newtonschen Mechanik und der speziellen Relativitätstheorie besteht darin, wie zueinander Bewegte Inertialsysteme auseinander hervorgehen. Während in der Newtonschen Mechanik die Galileo-Transformation verwendet wird, die die Zeit nicht berührt, muss man in der speziellen Relativitätstheorie die Lorentz-Transformation verwenden, welche auch die Zeitkoordinate mittransformiert. Näheres dazu finden Sie auf diesen Seiten, insbesondere auf der Seite zu den Transformationen.

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Letzte Änderung: 13.10.2008

© Joachim Schulz

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