Часть 1 МЕХАНИКА

Глава 2 ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

2.3. Инерционные системы отсчета

Тело или совокупность тел, которые условно считаются неподвижными и относительно которых рассматривается движение других тел, называют в физике телами отсчета. Систему отсчета можно выбрать произвольно. При этом движение любого тела в разных системах отсчета будет иметь неодинаковый вид, то есть тело будет двигаться, например, по различным траекториям. Если взять произвольную систему, то может случиться, что даже законы совсем простых явлений будут сложными.

Естественно выбрать систему отсчета так, чтобы явления природы описывались в ней проще всего. Для этого рассмотрим тело, что находится настолько далеко от других тел, что они не действуют на него. Движение такого тела называется свободным. Условия свободного движения можно реализовать с большей или меньшей точностью.

Если система отсчета связана с каким-то телом, движется свободно, то в ней свободное движение других тел имеет достаточно простой вид: он происходит прямолинейно и равномерно, т.е. с постоянной по числовым значением и направлением скоростью. В этом заключается содержание закона инерции. Поэтому система отсчета, связанная с телом, свободно движется, называется инерционной. Если некоторая система движется относительно инерциальной системы с постоянной (по численному значению и направлению) скоростью, то она также будет инерционной. Опыт показывает, что инерционные системы ничем не отличаются между собой, физические явления в них происходят одинаково, законы механики имеют одинаковый вид. Следовательно, нельзя выделить одну из систем как особое, потому что такой системы не существует. Если бы можно было выделить какую-то систему, то это означало бы, что существуют абсолютное пространство и абсолютное спокойствие относительно этой исключительной системы отсчета.

Системы отсчета, связанные с Солнцем и звездами, практически можно считать инерционными. Систему, начало которой помещено в центр Солнца, точнее в центр масс Солнечной системы, а оси направлены в любых трех «неподвижных» звезд (что не участвуют во вращении Солнца вокруг его оси), назовем «солнечной»*, или гелиоцентрической. Именно ею воспользовался. Кеплер, изучая кинематику небесных тел, и открыл законы движения планет. Переход к солнечной системы отсчета был нелегким, но он имел большое значение в борьбе с геоцентризмом.

Если утверждают, что законы Ньютона справедливые в «мировом пространстве», в «неподвижной системе», то имеют в виду реальную Солнечную систему, а не иллюзорный абсолютное пространство. Однако и это не является принципиальным решением вопроса о системе отсчета, ведь Солнце во Вселенной - обычная звезда, поэтому в некотором смысле бессмысленно отдавать предпочтение как геліоцентризму, так и геоцентризму.

Практически системы отсчета, используются в физических экспериментах, являются инерционными с большей или меньшей точностью. Наиболее распространенной является система отсчета, связанная с земным шаром. Однако она не является инерционной, поскольку Земля вращается вокруг своей оси и движется по эллиптической орбите вокруг Солнца. Эти движения осуществляются различными точками земного шары не с одинаковыми и постоянными скоростями.

Учитывая медленную смену направления скорости обоих движений Земли, для многих физических экспериментов с небольшим погрешностью можно считать «земную» систему отсчета инерционной. В частности, Земля за 30 мин. движения по орбите со скоростью 30 км/сек описывает дугу лишь 1'. Солнечная система также вращается вокруг центра Галактики, правда, с периодом около 200 млн. лет со скоростью 250 км/с.