Sistem de referință

În mecanica descriptivă un sistem de referință este o noțiune teoretică pentru descrierea mișcării, fiind reperul in raport cu care se descrie mișcarea sau repausul. El poate fi asociat unui Punct material sau unui Sistem de puncte materiale ca reper de referință, născut din necesitatea descrierii mișcării in spațiu a unui punct material sau a unui corp. In sistemul de referință propriu atașat punctului material sau corpului acesta se afla in repaus, imobil legat. Pentru descrierea mișcării se consideră suplimentar un alt sistem de referință, care poate fi ales arbitrar, in raport cu care cel considerat se mișcă . Necesitatea aceasta reiese din faptul real că toate mișcările sunt relative, o mișcare absolută neexistând din lipsa unui reper absolut.  De obicei sistemului de referință i se atribuie un Sistem de coordonate spațio-temporal. Acesta putând fi un sistem ortogonal in cazul mecanicii clasice unde metrica spațiului este euclidiană, sau un sistem de coordonate oblig in general, in cadrul Teoriei Relativității, pentru descrierea neeuclidiană.

Unui sistem de referință nu trebuie in mod neapărat asociat un sistem fizic material existent, cum ne arată Transformările lui Lorentz, o transformare de coordonate intre două sisteme de referință inerțiale in cadrul Teoriei relativității restrânse.

Sistem de referință inerțial 
Un sistem de referință inerțial este deci un sistem de referință care se mișcă fără alte influențe doar în virtutea inerției sale liber în spațiu. El se definește prin proprietățile sale dinamice și cinematice, astfel încât în absența acțiunilor exterioare este valabilă teorema impulsului, din care se deduce matematic, că în acest caz mișcarea este rectilinie și uniformă cu viteză constantă, deci neaccelerată. Această ultimă proprietate se folosește adeseori și pentru definiția sa clasică.
 
În fizică, un sistem de referință inerțial este un sistem de referință față de care este respectată prima lege a lui Newton: Orice corp își menține starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă atât timp cât asupra sa nu acționează alte forțe sau suma forțelor care acționează asupra sa este nulă (principiul inerției).

In concluzie,  un sistem de referință inerțial este un sistem de referință în care nu există forțe de inerție si nici o altă forță aparentă, acționând  asupra corpului in mișcare fată de acest sistem. Există doară viteze aparente, relative, deoarece orice mișcare poate fi întotdeauna numai relativă.

Într-un mod mai general, în conformitate cu principiul lui Hamilton, Principiul acțiunii minime, se deduce traiectoria ca fiind o geodezică a spațiu-timpului cuadridimensional, care, într-un spațiu Minkowski euclidian, spațiul mecanicii clasice, este o traiectorie rectilinie cu mișcare uniformă.

Sistem de referință neinerțial 
Un sistem de referință neinerțial este un sistem de referință în care orice punct material sau corp in mișcare, nu are o mișcare rectilinie uniformă. 
In conformitate cu prima lege a lui Newton acest corp are atunci o acceleratie relativä, încât impulsul lui se modifică si conform cu Teorema impulsului, corpul este supus unei forțe aparente de inertie.

In concluzie, un sistem de referință neinerțial este un sistem de referință în care există acțiuni datorate forțelor de inerție aparente.

Repaus absolut si repaus relativ 
In conformitate cu definiția unui sistem de referință inerțial, nu există nici un fapt observabil prin care un observator situat solitar in acest sistem, să poată deosebi mișcarea sa proprie rectilinie si uniformă, de repausul absolut. Repaus absolut, este starea cinematică a unui sistem în care acesta ar avea o stare de nemișcare de repaus față de orice sistem de referință închipuibil. Dar asta nu e posibil, deoarece se poate găsi întotdeauna un sistem de referință, chiar inerțial, in raport cu care orice punct al spațiului se află in mișcare relativă. Deci  repausul absolut nu există ca fapt observabil. De aceea se zice că un sistem de referință inerțial se află in  Repaus relativ, deoarece se poate admite că el are o viteza rectilinie uniformă egală cu zero sau cu orice altă valoare, fără a fi posibil a se deosebi cele două situații, prin nici o observare fizicală făcută in acel sistem de referință. Deci si schimbarea dintr-un sistem de referință inerțială in altul nu se poate observa in sistemul de referință propriu, toate legile fizicale fiind valabile in formă neschimbată. Toate sistemele de referință inerțiale fiind echivalente intre ele, formează o clasă de echivalență. Acest fapt se exprimă prin Principiul de echivalență al relativității restrânse. De aici rezultă si faptul, intuitiv de neînțeles, că constatarea, că viteza  viteza luminii este viteza maximal posibilă intru-un sistem de referință inerțial, este valabilă in orice sistem de referință inerțial si ca atare constantă in orice sistem de referință inerțial.

Mișcare absolută si mișcare relativă 
Mișcarea absolută nu există ca fapt observabil, deoarece si repausul absolut nu există ca fapt observabil. Deci orice mișcare este întotdeauna relativă. 
 Mișcarea relativă se revelează observabil prin mișcarea sistemului de referință propriu in raport cu un sistem de referință al observatorului, care poate fi ales întotdeauna in mod liber arbitrar..

Principiul mișcării relative 
Mișcarea relativă este reciprocă. Cum orice mișcare nu poate fi decât relativă, mișcarea absolută neexistând, orice observator imobil într-un sistem de referință  poate admite din punct de vedere cinematic, că el însuși stă imobil față de-un alt observator care in mod observabil se mișcă fată de el. Aceasta fiind valabil pentru orice observator si celălalt observator poate admite aceeași concluzie.

Necesitatea unui sistem de referință 
După cum reiese de mai sus, atât repausul cit si mișcarea sunt întotdeauna relative, așadar se impune întotdeauna necesitatea existenței unui sistem de referință ca reper de raportare.

Note

Concepte fizice fundamentale
Mecanică
Geodezie
Navigație
Sisteme de coordonate