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`язаної до тіла або групі тел, і системи відліку часу, щодо яких можна розглядати рух (або спокій) будь-якого 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`язаної з нашою планетою, виглядає досить просто. А тепер спробуйте уявити, як виглядає рух Місяця, якщо систему координат пов`язати з Сонцем.

інерціальні системи

Інерційних називаються системи відліку, в яких тіло при відсутності дії на нього сил (або при сумарному значенні сил, що діють на нього, що дорівнює нулю) або зберігає стан спокою, або продовжує рівномірний прямолінійний рух (тобто рухається за інерцією, звідси і 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 інерційної, а в інших - неінерціальної. Справа в тому, що іноді похибка обчислень, викликана неінерціальна системи, незначна, і нею можна знехтувати.

Неінерційні системи відліку

З планетою Земля пов`язують і інерційні, і неінерційні системи відліку. При цьому потрібно розуміти, що допущення про те, що Земля - інерційна система, за космічними масштабами дуже грубе. Проте, цього грубого наближення досить 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. Це рух необхідно враховувати, наприклад, при запуску космічних апаратів. В 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 до уваги 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 силах інерції дають приклади систем відліку, пов`язані з транспортним засобом. Уявіть більярдний стіл, розташований в 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. Проте, в системі відліку, пов`язаної з поїздом, фізично не було ніяких джерел сили, які привели до ситуації, що склалася. Ця «неіснуюча сила» і є тим, що називають силою інерції.