Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона

Мы уже можем описать различные виды движения, выделить различные характеристики и параметры этого движения.  Сегодня рассмотрим причины, вызывающие это движение. Вы уже знакомы с понятием «инерция». Инерция – явление сохранения скорости тела, если на него не действуют другие тела, или действие этих сил скомпенсировано. Если тело двигалось, то оно будет стремиться к тому, чтобы сохранять скорость этого движения. А если оно покоилось, то будет сохранять свое состояние покоя. Идея этого закона принадлежит уже хорошо известному нам ученому Галилео Галилею. Мерой инертности тела является масса. То есть, чем больше масса тела, тем больше оно будет сохранять свою прежнюю скорость. Английский ученый Исаак Ньютон, объединил выводы Галилея и добавил к понятию инерция систему отсчета. Этот закон получил название первый закон Ньютона, также он вошел в число основных законов движения.
Сформулируем его.
Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано. Данные системы отсчета, в которых выполняется условие сохранения скорости движения или покоя будем называть инерциальными системами отсчета (ИСО). Обратите внимание, что в первом законе Ньютона подразумеваются те тела, которые можно принять за материальную точку. Однако следует помнить, что существуют и такие системы отсчета, которые нельзя считать инерциальными. Это такие системы отсчета, которые движутся относительно инерциальной с ускорением. Например, футболист движется по полю с ускорением относительно Земли, данная система отсчета не может рассматриваться как инерциальная. Поскольку относительно такого футболиста мяч, спокойно лежащий на поле, движется с ускорением, следовательно, первый закон Ньютона не выполняется. И такую систему отсчета принято называть неинерциальной. В реальной жизни примеров неинерциальных систем отсчета конечно же больше. Это разгон велосипедиста, торможение поезда, поворот автомобиля на перекрёстке и многие другие. При решении задач, мы будем выбирать только те системы отсчета, которые являются инерциальными. Конечно, невозможно выбрать такую систему отсчета, которая была бы строго инерциальной для всех происходящих в ней явлений. Практически, строго инерциальной системой отсчета можно считать гелиоцентрическую систему. Решая задачи небесной механики, вы встретитесь с такой системой. Связав систему отсчета с каждым телом, которое покоится или движется прямолинейно и равномерно относительно поверхности Земли, можем считать ее инерциальной. Выбрать можно бесчисленное множество таких систем.
Рассмотрим пример.
Яблоко, лежащее на столике равномерно движущегося поезда, скатывается при резком торможении поезда, сохраняя прежнюю скорость движения поезда. Относительно поверхности Земли первый закон Ньютона выполняется, так как тело сохранило прежнюю равномерную скорость, и такую систему считают инерциальной. Относительно вагона, яблоко начало двигаться с ускорением, следовательно, в такой системе первый закон Ньютона не выполняется, и такую систему считают неинерциальной. Интересный пример можно наблюдать в поезде, который перемещается по прямолинейному участку пути дальневосточного экспресса. Проводники наливают чай в стакан, при этом, отходя от него все дальше и дальше. Чай как бы летит в воздухе, двигаясь по параболе.
Объяснить это можно тем, что чай, двигаясь по инерции, сохраняет скорость поезда. В этом случае поезд можно считать инерциальной системой отсчета.