§ 135. Силы инерции при движении тела относительно вращающейся системы отсчета

Если тело движется относительно вращающейся системы отсчета, то, даже учитывая помимо сил, действующих со стороны других тел, центробежную силу инерции, мы не достигнем того, чтобы законы Ньютона соблюдались относительно вращающейся системы. В этом случае имеется еще некоторая добавочная сила Инерции, зависящая от скорости тела.

Чтобы показать это, рассмотрим такой пример. Будем двигать кусок мела вдоль неподвижной линейки. Если под линейкой расположена неподвижная доска, то мел прочертит на ней прямую линию. Если же доска под линейкой вращается, то мел прочертит на ней некоторую кривую (рис. 209). Значит, траектория мела относительно вращающейся системы отсчета окажется криволинейной, а потому мел будет иметь ускорение, нормальное к траектории. Но по отношению к инерциальной системе (неподвижной линейке) мел двигался прямолинейно. Значит, никаких сил, действующих со стороны других тел и перпендикулярных к траектории, нет. Следовательно, во вращающейся системе действует еще сила инерции, перпендикулярная к траектории, описываемой телом во вращающейся системе отсчета. Эту добавочную силу инерции называют кориолисовой силой по имени французского механика Густава Гаспара Кориолиса (1792—1843), который дал расчет этой силы.

Рис. 209. Кусок мела, равномерно движущийся вдоль неподвижной линейки , описывает на доске, вращающейся в направлении стрелки, криволинейную траекторию :  — скорость тела относительно вращающейся доски

Расчет показывает, что для движений тела, происходящих в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, кориолисова сила инерции  равна удвоенному произведению угловой скорости  вращающейся системы отсчета на скорость  тела относительно этой системы и на массу тела: . Направление силы перпендикулярно к скорости и обращено в такую сторону, что для совмещения с направлением скорости тела ее нужно было бы повернуть на прямой угол в сторону вращения системы отсчета. Следовательно, при перемене направления движения тела на обратное или при перемене направления вращения системы на обратное (например, по часовой стрелке и против часовой стрелки) направление кориолисовой силы инерции меняется на обратное.

Сила Кориолиса отличается от всех встречавшихся нам до сих пор сил инерции тем, что она зависит от скорости движения тела относительно неинерциальной системы отсчета.

Кроме кориолисовой силы, во вращающейся системе отсчета на движущееся тело действует и центробежная сила инерции, так же как она действовала бы на тело, если бы оно покоилось относительно вращающейся системы отсчета.