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アイザックニュートンの回転バケット引数（ニュートンバケットとも呼ばれます）は、真の回転運動を、すぐ周囲の物体に対する物体の相対回転として定義できないことを示すために設計されました。それは、「真の運動と休息」の「特性、原因、および効果」からの5つの議論の1つであり、一般に、真の運動と休息は、他の身体に対する運動または休息の特別な例として定義することはできないという彼の主張を支持しています。、ただし、代わりに絶対空間を参照することによってのみ定義できます。また、これらの実験は、提供業務の定義」が意味するもののを絶対回転」、そして「何に対する回転？」の問題に取り組むふりをしないでください 一般相対性理論は、時空の測地線の概念で、絶対空間とシステムの外部に原因がある物理学を省きます。
コンテンツ
1 バックグラウンド
2 議論
3 詳細な分析
3.1 ニュートンの運動の法則 3.2 位置エネルギー
4 も参照してください
5 参考文献
6 参考文献
7 外部リンク
バックグラウンド
これらの議論、および絶対時間と相対時間、空間、場所、および運動の違いに関する議論は、ニュートンの著作の第1巻、自然哲学の数学的原理（1687）の定義セクションの最後にある一般的注解に記載されています（古典力学の基礎を確立し、万有引力の法則を導入したブックIII）の最後にある一般的注解と混同してこれにより、惑星運動の最初の定量的に適切な動的説明が得られました。
直線慣性の原理を採用し、見かけの運動の運動学的相対性理論（プトレマイオスまたはコペルニクスのシステムが正しいかどうかの根底にある）を認識しているにもかかわらず、17世紀の自然哲学者は、真の運動と休息を物理的に別個の記述子と見なし続けました。個々の体の。ニュートンが反対した支配的な見方は、ルネ・デカルトによって考案され、ゴットフリート・ライプニッツによって（部分的に）支持されました。空間は物質の延長に他ならないので、空の空間は形而上学的な不可能である、言い換えれば、物の間の空間について話すとき、実際にはそれらの物の間に存在する関係を参照しているのであって、それらの間に立ついくつかのエンティティに。 上記の理解と一致し、身体の動きに関するアサーションは、考慮中の体がtになっている時間をかけて説明まで沸騰1「ランドマーク」体の一つのグループの近傍に見出されいくつかのtにおける2いくつかの他の「ランドマーク」とは、身体又は体の近傍に見出されます。
回転の検出：いずれかのオブジェクトが実際に回転すると、フレキシブルアームに赤い旗が飛び出します。A：中央のオブジェクトが回転します。B：外輪は回転しますが、反対方向です。C：両方とも回転しますが、反対方向です。D：両方が一緒にロックされ、同じ方向に回転します。
しかし、デカルトは、可動部品を備え、元々周囲のリングに対して静止している物体自体がリングに対して特定の角速度に加速された状況と、周囲のリングには、中央のオブジェクトに対して反対の加速度が与えられました。中央の物体と周囲のリングに関してのみ、中央の物体と周囲のリングの両方が完全に剛体であると仮定すると、動きは互いに区別できません。ただし、中央のオブジェクトも周囲のリングも完全に剛性がない場合、一方または両方のパーツが回転軸から飛び出す傾向が
異端審問に関係する偶発的な理由のために、デカルトは運動を絶対的および相対的の両方として話しました。
19世紀後半までに、すべての運動が相対的であるという主張が、特にエルンスト・マッハ（1883）によって再導入されました。
したがって、物体が空間内でその方向と速度を変更せずに保持していると言うとき、私たちの主張は、宇宙全体への省略された参照にすぎません。—
エルンスト・マッハ; CiufoliniとWheelerが引用したように：Gravitation and Inertia、p。387
議論
ニュートンは、紐で吊るされた水で満たされたバケツ（ラテン語：シトゥラ）について話します。コードがしっかりとねじられてからバケツが解放されると、実験者だけでなく、コードに含まれる水に関しても、コードは急速に回転し始めます。（この状況は、上記の図Bに対応します。）
この段階での相対運動は最大ですが、水面は平坦なままであり、桶に近接しているにもかかわらず、水の一部が相対運動の軸から後退する傾向がないことを示しています。最終的に、コードがほどけ続けると、水面は実験者に対して回転するバケツの動きを獲得するため、凹状の形状になります。この凹型の形状は、水がバケツに対して静止しているにもかかわらず、水が回転していることを示しています。言い換えれば、動きは相対的であり、絶対的な動きはないという考えに反して、水の凹面を引き起こすのはバケツと水の相対的な動きではありません。（この状況は図Dに対応します。）おそらく、水の凹面は他の何かに対して回転を示しています。絶対空間と言いますか？ニュートンは次のように述べています。「水の真の絶対的な円運動を見つけて測定することができます」。
1846年にニュートンの言葉をアンドリュー・モットが翻訳したもの：
長い紐で吊るされた容器が頻繁に向きを変えられ、紐が強くねじられてから水で満たされ、水と一緒に静止している場合。その後、別の力の突然の作用によって、それは反対の方法で旋回し、コードがそれ自体をほどいている間、船はしばらくの間この動きを続けます。船が動き始める前と同じように、水面は最初は平らになります。しかし、船は徐々にその動きを水に伝えることによって、それを感覚的に回転させ始め、少しずつ後退し、船の側面に上昇し、それ自体を凹面の形に形成します…この水の上昇その動きの軸から後退するその努力を示しています。そして、水の真の絶対的な円運動は、ここでは親戚とは正反対であり、それ自体を発見し、この努力によって測定される可能性が…したがって、この試みは、周囲の物体に対する水の並進に依存せず、そのような並進によって真の円運動を定義することもできません。…; しかし、相対的な動きは…実際の効果を完全に欠いています。…実際、特定の物体の真の動きを見かけの動きから発見し、効果的に区別することは非常に困難な問題です。これらの動きが行われるその不動の空間の部分は、決して私たちの感覚の観察下に入らないからです。—
アイザックニュートン; プリンシピア、ブック1：スコリウム
実験に関連する参加者を桶と水だけに制限するため、動きは相対的ではなく絶対的であるという議論は不完全であり、制限は確立され実際、水の凹面には明らかに重力の引力が含まれており、含意によって地球も参加しています。相対運動のみが確立されると主張するマッハによる批判は次のとおりです。
ニュートンの回転する水の容器を使った実験は、容器の側面に対する水の相対的な回転は目立った遠心力を生成しないが、そのような力は地球の質量に対する相対的な回転によって生成されることを単に私たちに知らせますおよび他の天体。—
エルンスト・マッハ、ライプニッツのL.ブーキオーが引用、p。104
マッハの仮説が一般相対性理論に統合される程度については、マッハの原理の記事で説明されています。一般相対性理論は完全にマッハではないと一般的に考えられています。
すべての観察者は、回転する水の表面が湾曲していることに同意します。ただし、この曲率の説明には、真に静止している観測者を除いて、すべての観測者の遠心力が含まれます。ただし、曲率は、追加の遠心力を必要とせずに、水の回転速度と一致していることがわかります。したがって、静止フレームを識別でき、「何に関して静止しているのか」と尋ねる必要はありません。
元の質問、「運動の法則はどの基準系に関連して保持されますか？」間違ったポーズであることが明らかになりました。運動の法則について、基本的に決定基準フレームのクラス、および（原則的に）それらを構築するための手順を。
ニュートンは、絶対回転の発生を決定するという同じ目的を持った補足的な思考実験も提案しました。重心を中心に回転し、紐で結ばれた2つの同一の球を観察する例です。弦に張力が発生している場合は、絶対回転を示しています。回転する球を参照して
詳細な分析
垂直軸を中心に回転する2つの非混和性液体の界面
は、上向きに開く円形放物面です。
回転バケット実験の歴史的な関心は、水面の形状を観察することで絶対回転を検出できることを示唆する上での有用性です。しかし、回転がこの変化をどのようにもたらすのか疑問に思うかもしれません。以下は、バケツ内の回転する水の表面の凹面を理解するための2つのアプローチです。
共回転フレーム内の水面の要素の力の図。
上：ラジアルセクションと水面上の選択されたポイント。水、共回転フレーム、およびラジアルセクションは、ベクトルΩで与えられる一定の回転角速度を共有し 下：サーフェス上の選択したポイントでの力の図。サーフェスの傾斜は、3つの力すべての合計がゼロになるように調整されます。
ニュートンの運動の法則
バケット内の回転する液体の表面の形状は、表面の要素にかかるさまざまな力に対するニュートンの法則を使用して決定できます。たとえば、KnudsenとHjorthを参照して分析は、水が静止しているように見える共回転フレーム内の自由体図から始まります。水の高さh = h（r）は、回転軸Ωからの半径距離rの関数であり、目的はこの関数を決定することです。重力による垂直力：表面上の水の体積の要素は、3つの力を受けることが示されているF 、G、水平方向、半径方向外向きの遠心力F CFGL、水の表面の法線力F Nによります選択したサーフェス要素を囲む残りの水。平衡状態にある液体はせん断応力に耐えられないため、周囲の水による力は水面に垂直であることが知られています。アンソニーとブラケットを引用するには：
均一な密度の流体の表面…静止している場合、力線に対してどこでも垂直です。そうでない場合、表面上のある点での力は、表面に垂直なものと接するものの2つの成分に分解される可能性がしかし、流体の性質から、接線方向の力は流体の動きを設定します。これは、流体が静止しているという記述とは反対です。—
William Arnold Anthony＆Cyrus Fogg Brackett：Elementary Text-book of Physics、p。127
さらに、水の要素は移動しないため、3つの力すべての合計はゼロでなければなりません。合計をゼロにするには、水の力が遠心力と重力の合計と反対の方向を向く必要がつまり、水の表面は、その法線がこの方向を向くように調整する必要が（非常によく似た問題は、車が道路から滑り落ちないように曲がり角が設定されているバンクターンの設計です。回転バケットの場合の類似点は、水面の要素が「スライド」することです。形成されるベクトル得有する表面整列に対して垂直でない限り表面上下ベクトル加算 F G + F CFGL。）
ように、Rが増加すると、遠心力が大きくなる関係に応じて（式が単位質量当たりの書かれています）。l = Ω 2 、
{F _ { mathrm {Cfgl}} = m { mathit { Omega}} ^ {2} r 、}