viittauskehysten

Viittauskehykset ovat järjestelmiä, joiden avulla määritetään tapahtumien paikka ja aika suhteessa havaitsijaan. Ne sisältävät koordinaatiston sekä kellojen ja mittauslaitteiden asetelman, joiden avulla voidaan kuvata liikkeeseen liittyviä mittauksia. Viittauskehykset voivat olla ajattelun apuvälineitä tai käytännön mittausjärjestelmiä.

Viittauskehykset jaetaan usein inertiaalisiin sekä ei-inertiaalisiin. Inertiaalinen kehys liikkuu tasaisesti ja suoraviivaisesti ilman kiertymää tai kiihtyvyyttä, ja Newtonin mekaniikan peruslait ovat siinä muodollisesti päteviä. Ei-inertiaalinen kehys voi olla kiertävä tai kiihtyvä, jolloin havaitsija kokee fiktiivisiä voimia, kuten Coriolis- ja kaartovoimia. Näiden voimien olemassaolo riippuu kehystä.

Muunnokset viittauskehysten välillä ovat keskeisiä. Newtonin mekaniikassa käytetään Galilein muunnoksia, joissa ajan mitta on sama kaikissa inertiaalikeskuksissa ja nopeudet vain lisätään reaalisesti. Erityisen suhteellisuuden teoriassa puolestaan sovelletaan Lorentin muunnoksia, joissa valon nopeus on vakio kaikille havaitsijoille ja ajan ja tilan suhteellisuus korostuvat.

Viittauskehysten käsite auttaa ymmärtämään, että suuret osa mittauskohteista on frame-dependent. Esimerkiksi nopeus tai kiihtyvyys voi näyttäytyä erilaisena eri kehysten mukaan, kun taas joitakin kriteereitä, kuten esimerkiksi paluukiipeysten tai neliömäinen etäisyys, voidaan pitää invariantsina tietyissä konteksteissa. Viittauskehysten käsittely on oleellinen osa klassista mekaniikkaa, relativistista fysiikkaa ja modernia fysiikan teoriaa sekä kokeellisessa että teoreettisessa työssä.