ФІЗИКА ДЛЯ БАКАЛАВРІВ. МЕХАНІКА
2. ОСНОВНІ ЗАКОНИ ДИНАМІКИ
2.1. Інерціальні системи відліку. Перший закон Ньютона
Як відзначалося в кінематиці, для опису руху тіл можна користуватися будь-якими системами відліку. При цьому в довільній системі відліку характер руху тіла (зміна швидкості з часом, форма траєкторії, тощо) визначається не лише дією інших тіл, а й властивостями системи відліку. Тож рух даного тіла в різних системах відліку може бути складнішим чи простішим (наприклад, видимий рух планет на небосхилі, тобто - відносно Землі, відбувається по дуже складних траєкторіях, в той час як відносно Сонця вони рухаються по простих еліптичних траєкторіях). Але в деяких системах відліку характер руху тіла при заданих початкових умовах визначається тільки його взаємодією з іншими тілами. Такі системи називаються інерціальними системами відліку.
Особливості цього класу систем відліку відображує перший закон Ньютона, за яким
в інерціальній системі відліку тіло за відсутності взаємодії з іншими тілами зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху .
Таке тіло називається вільним, і його рух теж називається вільним рухом, або рухом за інерцією. Тому перший закон Ньютона також називають законом інерції.
Як бачимо, в інерціальній системі відліку рух вільного тіла є найпростішим. При цьому виявляється, що в таких системах відліку й інші закони фізики набувають найбільш простого вигляду. Тому для фізики інерціальні системи відліку є переважними. Але тут виникає принципова складність. Інерціальність системи відліку можна встановити тільки за характером руху в ній вільного тіла, але абсолютно вільних тіл у природі, строго говорячи, не існує. Тому реально ми можемо мати справу тільки з тілами, дія на котрі з боку інших тіл є або компенсованою, або неістотною. Отже, теоретично довести інерціальність тієї, чи іншої системи відліку принципово неможливо. Це є питанням досліду, і саме дослід свідчить, що такі системи відліку існують (у зв’язку з цим деякі автори трактують перший закон Ньютона як твердження про існування інерціальних систем відліку). Численні спостереження показують, що з гранично великою точністю інерціальними можна вважати системи відліку, пов’язані із віддаленими “нерухомими” зірками та з Сонцем, а також такі, що рухаються відносно зірок поступально, рівномірно та прямолінійно, тобто без будь-яких прискорень. Що ж до систем відліку, пов’язаних із Землею, які найчастіше використовують на практиці, то їх можна вважати інерціальними лише наближено через наявність у них невеликих прискорень зумовлених обертанням Землі навколо власної осі та орбітальним рухом навколо Сонця.