Вопрос 3.

Об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Про­вер­кой инерциальности системы отсчета является установле­ние факта, что движение относительно сферы неподвижных звезд проис­ходит без ускоре­ния и враще­ния.

Неинерциальной системой отсчета называется система, движу­щаяся ус­коренно относительно инерциальной. Простейшими неинерци­альными сис­темами отсчета являются системы, движущиеся ускоренно прямоли­нейно, и вращающиеся системы. При построении теории дви­жения в не­инерциальных системах отсчета можно было бы принять, что ускорения тел вы­зываются не только силами, но и другими факторами. Но историче­ски был выбран иной путь - эти другие факторы были при­знаны силами. Получилось, что наряду с «обычными» силами взаимо­действия сущест­вуют силы иной природы (факторы), названные си­лами инерции. Силы инерции подбира­ются по величине такими, чтобы обеспечить в неинерци­альной сис­теме от­счета фактические ускорения, но обычными си­лами взаимодействия объясняются лишь частично. То­гда , или , где - ускорение в неинерциаль­ной системе отсчета, назы­вае­мое относи­тельным, - ускорение относи­тельно инерциальной сис­темы отсчета, называемое абсолютным.

Рис. 5. К определению век­тора центробежной силы (уравнение (5))

Центробежная и кориолисова силы инерции. Силу инерции, воз­ни­кающую во вращающейся по отношению к инерциальным систе­мам сис­теме отсчета, называют центробеж­ной силой инерции. Эта сила дейст­вует на тело во вра­щающейся сис­теме отсчета независимо от того, покоится тело в этой системе или движется от­носительно нее со скоростью . Если положе­ние тела во вращаю­щейся сис­теме отсчета ха­рактеризовать радиу­сом-век­тором , то центро­бежную силу инерции можно представить в виде двойного вектор­ного произведения:

. (5)

По определению вектор направ­лен перпендикулярно век­то­рам и «на нас» (рис. 5, см. прил. 1) и равен по модулю . Векторное произведение вза­имно перпенди­кулярных векто­ров и совпадает по направлению с и имеет модуль, рав­ный .

Рис. 6. К определению кориолисовой силы (уравнение 6)

При движе­нии тела относи­тельно вращаю­щейся сис­темы отсчета, кроме центробеж­ной силы инер­ции, проявля­ется еще одна сила, называе­мая силой Кориолиса, или кориолисовой силой инер­ции. Если сила не зависит от , действуя одинаково как на покоя­щееся, так и на дви­жу­щееся тело, то сила Кориолиса при = 0 отсутст­вует. Кориолисову силу инерции представ­ляют в виде

, (6)

где ускорение называется кориолисовым ускорением. Ясно, что сила Кориолиса лежит в плоскости, перпендикулярной оси вращения (рис. 6).

Сила Кориолиса, действующая на тело, движущееся вдоль земного ме­ри­диана в любом направлении, направлена по отно­шению к направле­нию движения вправо в северном полушарии и влево в южном. При кача­ниях маятника Фуко траектория движения груза имеет вид «ро­зетки». Плоскость качаний поворачивается относи­тельно Земли в направле­нии ча­совой стрелки, совершая за сутки один оборот.