referentiestelsels

Referentiestelsels, in het Nederlands vaak referentiestelsel genoemd (meervoud referentiestelsels), is een concept in de natuurkunde en engineering dat een kader beschrijft waarin gebeurtenissen en bewegingen worden gedefinieerd. Een referentiestelsel bestaat uit een toegewezen coördinatensysteem met een oorsprong, oriëntatie van de as, en een tijdscoördinaat. Binnen zo’n kader kunnen posities, snelheden en versnellingen worden gemeten en worden de wetten van de natuurkunde uitgedrukt.

In de klassieke mechanica worden referentiestelsels onderverdeeld in inertiële en niet-inertiële frames. Inertiële stelsels bewegen ten opzichte van elkaar met constante snelheid en volgen de wet van behoud van impuls, terwijl niet-inertiële frames versnellingen of rotaties kennen die leiden tot fictieve krachten zoals Coriolis- en centrifugale krachten.

Bij de speciale relativiteit zijn invloedsrijke frames inertieel en gerelateerd door Lorentztransformaties; waarnemingen zoals tijdsverloop en lengtemaat worden frameafhankelijk. In de algemene relativiteit bestaan geen wereldwijd inertieel stelsel in een gekromde spacetime; wel lokale inertiele kaders langs een wereldlijn waarin de lokale wetten van de natuurkunde de speciale relativiteit lettend toepassen.

Voorbeelden van referentiestelsels zijn onder andere het aarde-gecentreerde inertiële frame (ECI), het aarde-gecentreerde en vaste frame (ECEF), en in de astronomie frames zoals het binaire en het barycentrische frame. In kosmologie zijn comoving frames gekoppeld aan de uitdijing van het universum en ligt het rustvlak van de kosmische achtergrondstraling open voor definities van beweging ten opzichte van die rustas.

Het kiezen van een referentiestelsel beïnvloedt hoe bewegingen worden beschreven en welke krachten in beeld komen, maar de onderliggende natuurwetten blijven invariant onder transformatiemethoden.