关于参照系介绍

[拼音]：canzhaoxi

[外文]：frame of reference

固连于参照体的坐标系。任何一个物体在空间的位置只能相对地确定，物体在空间的位置随时间的变化，也只具有相对的意义。因此，在研究物体间的相对位置的变化时，必须事先选定某一个物体，以便确定其他物体相对于这个物体的位置的变化。这个被事先所选定的物体称为参照体。如果对于某个参照体而言，物体在空间的位置随时间而变动，则说物体相对于这个参照体是运动的，否则是静止的。一般地说，任何一个物体都可选为参照体，但是，一个物体的运动对于不同的参照体可表现为不同的运动。例如，一个被固定在运动着的车厢内的物体，当把车厢取为参照体时，物体相对于车厢是不动的；但当把地球取为参照体时，物体相对于地球则与车厢以相同的轨迹和速度运动着。因此，只有在选定参照体的情况下，才能明确地说明物体的运动情况。通常，在日常生活和工程实际中人们都选地球为参照体。

选定参照体后，物体相对于所选参照体的位置，在数学上可借助于同所选的参照体相固连的框架来决定，这个框架称为参照系。例如，可以选直角坐标系Oxyz为参照系(见图)。该坐标系的原点O是所选参照体中的任意一个固定点；从O点沿任意三个互相垂直的方向画出坐标轴Ox、Oy、Oz，并使它们组成右手坐标系。于是，物体上任何一点P的位置可以用它到坐标平面yOz、zOx、xOy 的距离x、y、z三个数来表示。x、y、z的不同数值便表示点P的不同位置。因此，如果已知物体中任何一点P在坐标系Oxyz中的位置(x，y，z) 随时间的变化规律，则便确定了物体相对于参照系的运动。

参照系可分为惯性参照系和非惯性参照系两类。一切惯性参照系都是等效的，它们可以相互转换。在低速情况下用伽利略变换;在高速情况下，用洛伦兹变换。因此，为了研究的方便，对同一物体在不同条件下运动可以选用不同的参照系。例如从地面上发射火箭到月球上，在发射的初期，地球引力起主要作用，可采用地心参照系计算；发射中途，地球、月亮的引力的影响都不能忽略时，可采用地月系的质心参照系处理；当绕月转动时，可采用月心参照系处理。又如处理在加速中运转的被加速粒子，一般采用实验室参照系处理；但当这粒子撞击靶上的原子核时，则应当采用质心参照系处理。

选择合适的参照系，可以简化物体的机械运动模式，便于探索运动的规律。历史上地心说和日心说的争论就证明了这一点。地心说以地球为参照物，静止于宇宙中心，用一切天体都围绕地球转动的观点来描述天体的运行。为了符合天文观察事实，还不得不假设一切行星除了和恒星等天体作每天绕地球一周的运动外，各自还要在一个称为“本轮”的小圆形轨道上作匀速圆周运动，本轮中心又要以一年为周期在称为“均轮”的圆周上作匀速运动，且均轮中心同地球中心不能相合，需相隔一段距离。由于天文观察越来越精确，出现了一些与上述理论相矛盾的问题，为了解释新的观测结果，不得不又在本轮之上再加本轮。对如此复杂的运动体系，无法建立一个统一的理论。N.哥白尼以太阳为参照物，简化了行星运动的描述；J.开普勒又引入椭圆轨道，发现了开普勒三定律；I.牛顿在此基础上建立了万有引力理论。因此没有哥白尼提出的以太阳为中心的参照系，就不可能有辉煌的经典力学体系。

参考文章

• 幸福来自参照系保健养生