§ 4.1. НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА
Во второй главе было введено понятие инерциальной системы отсчета. Там же было показано, что законы Ньютона правильно описывают движение только в инерциальных системах отсчета.
Как проверить, яв-ляется ли данная система отсчета инерциальной?Для этого достаточно рассмотреть в ней хотя бы простейший вид движения и выяснить, происходит ли оно в соответствии со вторым законом движения Ньютона.
Мы уже знаем (см. § 2.3), что систему координат, связанную с Землей, приближенно можно рассматривать как инерциальную.
Предположим, что мы сидим в вагоне поезда, который набирает скорость, т. е. движется с ускорением аП.
Представим себе, что перед нами горизонтальный столик, поверхность которого настолько гладкая, что предметы, например шашки или шахматные фигуры, могут скользить по нему без трения. В этом случае фигуры не остаются неподвижными относительно вагона, а движутся в сторону, противоположную ускорению движения поезда, с ускорением аОТ = -ап.
Попробуем описать это движение, используя второй закон Ньютона:
ma& = F, (4.1.1)
где F — равнодействующая сил, приложенных к шашке или шахматной фигуре, а аа — ускорение относительно Земли.
Рис. 4.1
Систему координат свяжем с вагоном.
Направим ось X в направлении движения поезда, а ось Z перпендикулярно поверхности стола (рис. 4.1). Рассмотрим силы, действующие на шашку.
Вдоль оси Z действуют две силы: сила притяжения к Земле и сила реакции со стороны стола. Они равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Вследствие этого F, = 0 и а = 0.
z а 2
Вдоль оси X силы не действуют. Действительно, по условию сила трения равна нулю, а других сил нет.
В результате из уравнения (4.1.1) следует
т. е. тело должно двигаться равномерно и прямолинейно или покоиться.
Этот вывод, однако, противоречит тому, что мы видим, находясь в вагоне: шашка движется с ускорением относительно вагона.
Таким образом, если система координат связана с телом, ко-торое само движется с ускорением (вагоном в рассмотренном случае), то первый и второй законы Ньютона в форме (4.1.1) не могут быть использованы для описания движения тел.
Системы отсчета, связанные с телами, которые сами
движутся с ускорением по отношению к инерциаль-
ным системам, называют неинерциалъными.
Как же надо изменить уравнение движения (4.1.1), чтобы его можно было использовать для описания движения в не- инерциальных системах отсчета? Решение этой задачи позволит нам, в частности, ответить на вопрос о том, при каких условиях неинерциальную систему отсчета приближенно можно рассматривать как инерциальную.
В неинерциальных системах отсчета нельзя пользоваться для описания движения законами Ньютона.