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参考系与坐标系有什么不同?请大家讨论
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2003/08/29 11:24
点击:426次

坐标系在数学中就经常使用,从简单的笛卡儿坐标系到任意的高斯坐标系。而在物理中则经常使用参考系,有时也用坐标系,二者有什么区别吗?希望听取各位的意见。
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 [2楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/08/29 11:42 

运动的描述是基于参照系的,坐标系是对参照系的量化,以便于给出运动的定量化描述。

当你在说一个物体如何如何运动(空间变动)时,都会自觉或不自觉地需要某个参照系。脱离参照系,无法明白地,确定地描述运动的具体情况。

大一时,物理老师应该讲过这个的。

 [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/08/29 13:31 

回复:一般没有区别。当然,坐标系还有广泛的意义,如球坐标系,柱坐标系,就与参考系无关了。
参考系与坐标系有什么不同?请大家讨论
[楼主]  [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/08/29 17:46 

为什么不用坐标系,而用参考系呢,也请沈先生回答

你说坐标系是对参考系的量化,其实应该是参考系的数学基础。问题是为什么不用坐标系而引入参考系?难道在物理中讨论的v和c等各种量是不需要量化的吗?我想你老师没给你们讲吧。

以沈先生所说,似乎参考系只与笛卡儿坐标系有关。不过我们可以很容易的建立起,球面坐标系或柱面坐标系与直角坐标系间的变换关系,问题是为什么一般与坐标系没有区别的参考系,会与由坐标系变化而成的其他坐标系无关,你认为什么才算有关??

 

 [5楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/08/29 18:33 

坐标系是参考(照)系的数学描述。

坐标系是对参照系的量化,或者说是对参照系的数学描述。数学是用来描述客观事物的数量,形状和及其逻辑关系的。对于同一个参照系,我们可以在其中任意某处选一点作为坐标原点,然后建立各种类型的坐标系,如直角坐标系,球坐标系,柱坐标系等。

在讨论物理概念和问题时,有时用参照系就即可;有时为了建立运动方程,则没坐标系不可。同样的运动,在不同的坐标系中表现形式不一样。

因为我们大多数时间讨论的空间和时间是各向同性的(牛顿力学和狭义相对论),所以在对参照系进行数学描述时,用笛卡儿坐标系统(直角坐标系,球坐标系,柱坐标系都属于笛卡儿坐标系统(简称坐标系))。

 [6楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/08/29 21:05 

物理学家说:

直角坐标系变为柱坐标系,这叫做表象(representation)变换;

从A参考系变为B参考系,这叫绘景(picture)变换。

但是,数学家说:在纯数学而言,这两种变换没有什么区别,数学处理一模一样。但是,物理意义就不一样了,毕竟时间,空间还是具有物理意义的。

不过,在广义相对论中,情况又翻过来了。那里时空坐标失去了度量的意义,也变成毫无意义的数学符号了,所以表象(representation)与绘景(picture)又变成无区别了。那里,随你喜欢,可以任意做变换包括曲线坐标变换,比如从Schwrzchild坐标变到爱丁顿坐标,再变到Kruskal坐标,或者伦得勒坐标,您根本搞不清楚您是在做表象变换还是绘景变换,是在谈参考系还是坐标系,搞不清楚也没有必要搞清楚也根本不可能搞清楚,您爱怎么变换就怎么变换,全看您喜好与解决问题方便。

以上就是坐标系与参考系得区别于联系。

[楼主]  [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/08/30 18:28 

如果说参考系是非量化,或非数学描述的坐标系,好象也不对。
物理与数学结合的如此紧密,非量化或不用数学描述的东西似乎是多余的。另外,四维坐标系还有是否符合相对论的问题,例如通过伽利略变换也可以产生四维时空坐标系,但相对论不承认这样的坐标系,因此坐标变换也不是怎么变都行的。广义相对论中好象还有什么局域随动参考系,当然都是需要数学描述的,这就让我们更难确定参考系与坐标系的差别了。
 [8楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/08/30 19:04 

是一码事。
两者所表达的是同一概念,所不同的是参考系是物理用语,作为物理定性分析时的用语。而坐标系是数学用语,对物理原理进行量化分析时用坐标系来说明更为恰当。

※※※※※※
逆子
 [9楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/08/30 19:19 

不能把参考系与惯性系参考系相混洧。
惯性参考系属一特定运动状态下的参考系。本来惯系参考系是牛顿力学中的东东,对于静止或匀速运动的物体就可以算作惯系参考系。而在广义相对论中爱氏把把局域空间的惯系现象与惯性系等同起来,表面上是对惯性参考系作了进一步的推广,而实际上给物理学带来不必要的混乱。

※※※※※※
逆子
 [10楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/08/31 10:03 

物理概念和原理是思维的基础,数学描述和推演是思维的手段。

说:“非量化或不用数学描述的东西似乎是多余的。” 这是不妥当的。

相对论包含了伽利略变换。

参考系与坐标系是有区别的(见前面的贴),但又是紧密相联系的。理解它们的差别和联系很重要。如果一定要严格的区分的话,一个属于物理范畴,一个属于数学范畴;但它们都描写着同一个客观事物。

数学可以脱离具体事物而独立地存在。我们可以从数学上独立地构造和变换出各种坐标系统,但它们是否能描述物理世界的情况,还是要用物理概念和规律了进行评价。通过评价,我们会放弃不合适的坐标系统,而保留合适的。在合适于物理的坐标系中,还会发现有些坐标系在物理上是等价的,有些坐标系是另一些的真子集。

 [11楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/08/31 15:33 

好象有一点主动与被动的差异?

参考系或参照系都有一点“被动”观察的含义,
而坐标系一般有“主动”观察的意思,

比如从两个坐标系A和B观察同一个闪光P,
那么A和B都是主动观察系---第二者坐标系,

如果A观察P相对B的运动,
则一般称此时的B为参考系,A称为第三者坐标系,
好象是这样的吧?

 [12楼]  作者:无尘宗禅  发表时间: 2003/08/31 15:59 

这是讨论问题的侧重点不同

由于讨论问题的侧重点不同,才分出第一,第二,。。。

“比如从两个坐标系A和B观察同一个闪光P,
那么A和B都是主动观察系---第二者坐标系,

如果A观察P相对B的运动,
则一般称此时的B为参考系,A称为第三者坐标系,
好象是这样的吧?”

 
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