Глава VI. Движение в неинерциальных системах отсчета и силы инерции

§ 126. Роль системы отсчета

До сих пор мы рассматривали движение тел только относительно инерциальных систем отсчета. Мы установили, что каждый раз, когда тело получает ускорение относительно такой системы, можно указать другие тела, действия которых на данное тело вызывают это ускорение. Эти действия — силы; закономерности, связывающие ускорение тела относительно инерциальных систем отсчета с силами, действующими на тело,— это закон инерции и второй закон Ньютона. Мы видели, кроме того, что силы носят взаимный характер, что они являются взаимодействиями тел. Это свойство сил выражается третьим законом Ньютона.

В настоящей главе мы будем рассматривать движения тел относительно неинерциальных систем отсчета. Относительно таких систем тела могут получать ускорения, которые нельзя объяснить действием каких-либо определенных тел. Например, когда в резко затормозившем поезде чемодан слетает с полки, т. е. получает ускорение относительно поезда, мы не можем указать никакого определенного тела, которое это ускорение вызвало. Если же чемодан был бы привязан, то в затормозившем поезде он остался бы в покое на полке и не получил бы ускорения относительно вагона, хотя веревка, которой он привязан, оказалась бы натянутой и действовала бы на него с определенной силой. Рассматривая движения относительно инерциальной системы отсчета (например, Земли), мы можем объяснить наблюдаемые движения силами, действующими со стороны других тел. В самом деле, натянувшаяся веревка сообщает чемодану ускорение, равное ускорению затормозившего поезда; поэтому он и остается в покое относительно вагона. Если же веревки нет, то никакие силы со стороны вагона на чемодан не действуют, он продолжает двигаться по инерции с прежней скоростью, а вагон, на который подействовала сила трения заторможенных колес о рельсы, уменьшает свою скорость, и вагонная полка выскальзывает из-под чемодана.

Мы видим, что движение относительно неинерциальных систем отсчета подчиняется другим закономерностям, нежели движение относительно инерциальных систем. С точки зрения наблюдателя, находящегося в неинерциальной системе отсчета, причины движения не те, что с точки зрения наблюдателя, находящегося в инерциальной системе.

Если наблюдатель находится в неинерциальной системе отсчета, например внутри ускоренно движущегося автомобиля, самолета, спутника, то ему гораздо проще относить наблюдаемые движения к самим неинерциально движущимся системам отсчета, чем каждый раз выяснять, как движется тело относительно какой-либо инерциальной системы отсчета. Но тогда необходимо разобраться в различиях между закономерностями движений относительно инерциальных и неинерциальных систем отсчета. Для этого, прежде всего рассмотрим подробнее сами движения относительно разных систем отсчета.

Выражение «с точки зрения наблюдателя, находящегося в той или иной системе отсчета», подчеркивает, что все измерения положения, скорости и ускорения тела выполняются относительно именно данной системы отсчета, как бы она ни двигалась относительно привычных нам систем (Земля, Солнце и звезды), т. е. так, как их пришлось бы выполнять жителю Земли (относительно Земли), пассажиру автомашины (относительно автомашины), космонавту (относительно космического корабля) и т. д.