Що таке система відліку?

Історично так склалося, що найпершим розділом фізики є механіка. Механіка описує рух тіл, найважливішу роль в цьому розділі грає система відліку.

У механіці поняття руху означає зміну положення тіла відносно один одного з плином часу. Відповідно, за траєкторією руху тіла неможливо простежити, не маючи точки відліку, або інакше - системи координат. Крім того, для фіксації руху необхідна система відліку часу. Система відліку в механіці - сукупність системи координат, прив'язаній до тіла або групі тіл, і системи відліку часу, щодо яких можна розглядати рух (або спокій) якого-небудь іншого тіла.

Зрозуміти, що таке система відліку і наскільки важливий її вибір, легко на прикладах космічних масштабів. Всі знають, що Місяць рухається навколо Землі по траєкторії, близькій до кола. Відповідно, рух природного супутника в системі відліку, пов'язаного з нашою планетою, виглядає досить просто. А тепер спробуйте уявити, як виглядає рух Місяця, якщо систему координат пов'язати з Сонцем.

Інерціальні системи

Інерціальними називаються системи відліку, в яких тіло за відсутності дії на нього сил (або при сумарному значенні сил, що діють на нього, рівному нулю) або зберігає стан спокою, або продовжує рівномірний прямолінійний рух (тобто рухається за інерцією, звідси й назва). Існування таких систем відліку постулюється першим законом Ньютона. Саме такі системи підходять для найбільш простого опису руху тіл.

Інерціальна система є лише ідеальною математичною моделлю. Фізично знайти таку систему відліку неможливо. Для опису різних процесів використовуються різні системи відліку. Крім того, в одних випадках система відліку може вважатися інерціальній, а в інших - неінерціальної. Справа в тому, що іноді похибка обчислень, викликана неінерціальної системи, незначна, і нею можна знехтувати.

Неінерціальні системи відліку

З планетою Земля пов'язують і інерціальні, і неінерціальні системи відліку. При цьому потрібно розуміти, що допущення про те, що Земля - інерційна система, за космічними масштабами дуже грубе. Тим не менше, цього грубого наближення достатньо для опису багатьох процесів, що проходять на поверхні планети. Зокрема, рух сухопутного транспорту, рух куль на більярдному столі і т. Д. Точно описується в цьому наближенні.

Земля рухається навколо власної осі. Цей рух необхідно враховувати, наприклад, при запуску космічних апаратів. У системі відліку, пов'язаній із Землею, ракета, що стартувала вертикально, здійснює також видимий рух в горизонтальному напрямку. Це логічно: місце старту ракети зміщується разом з усією поверхнею планети через її обертання. Подібні відхилення траєкторії, властиві неінерціальної системи, чисто математично описують за допомогою інерційних сил (сил, яких насправді не існує, але прийняття яких в розрахунок допомагає чисто формально віднести систему відліку до числа інерційних). В даному випадку математично видиме відхилення ракети від прямої траєкторії описується силою Коріоліса, яка нібито діє на неї.

Наочні приклади

Більш наочне уявлення про сили інерції дають приклади систем відліку, пов'язані з транспортним засобом. Уявіть більярдний стіл, розташований у вагоні поїзда, що йде прямо і з постійною швидкістю. Пасажири можуть грати за цим столом, не відчуваючи руху. Але, як тільки поїзд різко загальмує, прискориться, або поверне, все відчують поштовх, і кулі почнуть рухатися. Тим не менш, в системі відліку, пов'язаній з поїздом, фізично не було ніяких джерел сили, які призвели до ситуації, що склалася. Ця «неіснуюча сила» і є тим, що називають силою інерції.