Inertialsystem

Inertialsystem är koordinatsystem där Newtons första lag, tröghetslagen, gäller. Det betyder att krafter och accelerationer som eventuellt uppträder i beräkningar måste behandlas för sig. Alla inertialsystem är ekvivalenta och mekanikens lagar gäller i samtliga. Begreppet inertialsystem användes första gången av Ludwig Lange 1885.

Klassisk mekanik

En fysisk referensram eller bara referensram, är ett begrepp knutet till en observatör och dennes rörelsetillstånd. Kumar och Barve menar att en sådan ram karakteriseras enbart av dess rörelsetillstånd. På denna punkt finns dock delade meningar.

På en plats som en järnvägsvagn, som rör sig med jämn fart, skulle en tappad kula uppföra sig som om den tappats i en stillastående vagn - vertikalt nedåt. I ett sådant läge är det möjligt att bortse från vagnens rörelse genom att definiera den som ett inertialsystem. Innan den tappades så rörde sig kulan med tåget i samma hastighet och det var kulans tröghet som såg till att den fortsatte att röra sig med samma hastighet och riktning som tåget även när den föll. I ett sådant inertialsystem kommer alla observatörer i likformig rörelse att iaktta samma fysikaliska lagar och observatörer i andra inertialsystem kan konvertera sina observationer med en enkel Galilei-transformation. På så sätt kan en utomstående observatör dra slutsatsen att kulan som tappades i järnvägsvagnen föll rakt ned.

En icke-inertiell referensram är en referensram som undergår acceleration i förhållande till ett inertialsystem. I en sådan referensram som utsätts för acceleration, kommer däremot objekt att förefalla påverkade av fiktiva krafter. Om järnvägsvagnen exempelvis utsätts för en kraft och accelererar, så kommer kulan inte att falla vertikalt i vagnen utan skulle se ut att avvika, eftersom vagnen och kulan inte längre rör sig med samma fart, när kulan faller.

Tre referensramar i speciell relativitet. Svart ram är i vila. Primad ram rör sig med 40% av ljushastigheten, dubbelprimad med 80%. Den saxlika ändringen märks när farten ökar.

Relativitetsteori

I speciella relativitetsteorin görs ibland skillnad mellan en observatör och en referensram . Enligt denna syn är en ram en observatör plus ett koordinatmönster konstruerat att vara ett ortonormalt högerhandsset av rumslika vektorer vinkelräta mot en tidslik vektor. Inertialsystem spelar en viktig roll i den speciella relativitetsteorin. Även den utgår från att alla inertialsystem är ekvivalenta – att även Maxwells ekvationer gäller i samtliga och att ljushastigheten är densamma i alla inertialsystem. Varje koordinatsystem har då en egen klocka och även tiden ändras enligt Lorentz' eller Woldemar Voigts transformationer.