Relativitätsprinzip

Das Relativitätsprinzip geht auf Galileo Galilei zurück. Galilei formulierte sein Prinzip anhand der Frage, ob ein an Bord eines fahrenden Schiffes fallen gelassener Körper senkrecht oder schief fällt. Albert Einstein hat die Frage auf die Elektrodynamik ausgedehnt und daraus eine wegweisende Schlussfolgerung gezogen.

Mechanik

Galilei

Die Argumentation von Galilei kann in eine etwas zeitgemässere Geschichte verpackt werden. Ein Hausboot fährt mit konstanter Geschwindigkeit durch einen Kanal an einem Sportplatz vorbei. Auf dem Boot wirft Barbara einen Ball mehrmals senkrecht nach oben. Beat sitzt daneben im Liegestuhl und schaut sich um. Auf dem Sportplatz wirft Sarah den Ball und Severin ruht sich im Liegestuhl aus.

Da Beat auf Backbord sitzt und der Sportplatz Steuerbord vorbei gleitet, kann Beat für kurze Zeit beide Bälle vor dem stahlblauen Himmel sehen. Der Ball von Barbara steigt vertikal auf, der Ball von Sarah weicht nach hinten aus. Zur gleichen Zeit wirft Severin einen Blick auf die beiden Bälle. Er sieht, wie der Ball von Sarah senkrecht und der von Barbara schief nach vorne aufsteigt.

Diese Relativität zwischen Sportplatz und Hausboot ist symmetrisch und viel umfassender als das Beispiel mit den Bällen suggeriert. Würde das Hausboot ganz ruhig dahingleiten, könnte Beat bei geschlossenen Augen nicht feststellen, wie sich das Boot bewegt, oder ob es sogar ruht. Auch Severin kann die Augen schliessen und sich einbilden, dass er bei Barbara auf dem Hausboot vor sich hin döst.

Punktmechanik

Das Grundgesetz der Punktmechanik, die Impulsbilanz besagt, dass die Summe über alle Kräfte gleich Masse mal Beschleunigung ist. Diese Beschleunigung ändert sich nicht, wenn man sie auf ein mit v₀ gleichförmig dazu bewegtes Koordinatensystem bezieht

[math]\vec a = \frac {\partial \vec v}{\partial t} = \frac {\partial (\vec v_0 + \vec v_{rel})}{\partial t} = \vec a_{rel}[/math]

Im Flüssigkeitsbild erscheint das klassische Relativitätsprinzip in Form des Seespiegels. Die Impulsänderungsrate und auch die Dynamik eines Stosses hängt nicht vom Niveau des umgebenden Sees ab. Sogar die Prozessleistung und die in der Stosszone umgesezte Energie haben keinen Bezug zur Lage des Seespiels, zur Geschwindigkeit des Bezugssytems. Nur die kinetische Energie und der zugeordnete Energiestrom sind explizit von der Geschwindigkeit der Körper abhängig.