3. Інерціальні системи відліку

Тіло або сукупність тіл, які умовно вважаються нерухомими і від­носно яких розглядається рух інших тіл, називають у фізиці тілами відліку. Систему відліку можна вибрати довільно. При цьому рух будь-якого тіла в різних системах відліку матиме неоднаковий вигляд, тобто тіло рухатиметься, наприклад, по різних траєкторіях. Якщо взяти довільну систему, то може трапитись, що навіть закони зовсім простих явищ будуть складними.

Природно вибрати систему відліку так, щоб явища природи опису­вались у ній найбільш просто. Для цього розглянемо тіло, що знахо­диться настільки далеко від інших тіл, що останні не діють на нього. Рух такого тіла називається вільним. Умови вільного руху можна реалізувати з більшою чи з меншою точністю.

Якщо система відліку пов'язана з якимось вільно рухомим тілом, то в ній вільний рух інших тіл має досить простий вигляд: він відбува­ється прямолінійно і рівномірно, тобто з сталою за величиною й на­прямом швидкістю. У цьому полягає зміст закону інерції. Тому систе­ма відліку, пов'язана з тілом, що вільно рухається, називається інер-иіальною. Якщо деяка система рухається відносно інерціальної систе­ми із сталою (за величиною й напрямом) швидкістю, то вона також буде інерціальною. Дослід показує, що інерціальні системи нічим не відрізняються між собою, фізичні явища в них відбуваються однаково, закони механіки мають однаковий вигляд. Отже, неможливо виділити одну із систем як особливу, бо такої системи не існує. Якби можна було виділити якусь систему, то це означало б, що існує абсолютний простір і абсолютний спокій відносно цієї виняткової системи відліку.

Системи відліку, які зв'язані з Сонцем і зірками, практично можна вважати інерціальними. Систему, початок якої поміщено в центр Сонця, точніше в центр мас Сонячної системи, а осі напрямлені до будь-яких трьох «нерухомих» зірок (що не беруть участь в обертанні Сон­ця навколо його осі), назвемо «сонячною», або геліоцентричною. Са­ме нею скористався Кеплер, вивчаючи кінематику небесних тіл, і відкрив закони руху планет. Перехід до сонячної системи відліку був нелегким, але він мав велике значення в боротьбі з геоцент­ризмом.

Якщо стверджують, що закони Ньютона справедливі в «світовому просторі», в «нерухомій системі», практично мають на увазі реальну Сонячну систему, а не ілюзорний абсолютний простір. Проте й це не є принциповим розв'язанням питання про систему відліку. Адже Сон­це у Всесвіті — звичайна зірка, тому в певному розумінні безглуздо віддавати перевагу як геліоцентризму, так і геоцентризму.

Практично системи відліку, що використовуються в фізичних екс­периментах, є інерціальними з більшою чи меншою точністю. Найбільш поширеною є система відліку, зв'язана з земною кулею. Але вона не є інерціальною, тому що Земля обертається навколо своєї осі і руха­ється по еліптичній орбіті навколо Сонця. Ці рухи здійснюються різ­ними точками земної кулі не з однаковими і не з сталими швидко­стями.

Враховуючи повільну зміну напряму швидкості обох рухів Землі, для багатьох фізичних експериментів з невеликою похибкою можна вважати «земну» систему відліку інерціальною. Зокрема, Земля за 30 хв. руху по орбіті із швидкістю 30 км/с описує дугу величиною лише Г. Сонячна система також обертається навколо центра Галактики, щоправда з періодом близько 200 млн. років і з швидкістю 250 км/с.