Інерціальні системи відліку. Механічний принцип відносності

Інерціальними називаються системи відліку, відносно яких виконується перший закон Ньютона. Дослідження показують, що інерціальною є система відліку зв’язана з центром Сонця (геліоцентрична система). Система відліку зв’язана з центром мас замкнутої системи тіл (за законом збереження імпульсу) також інерціальна. Всі інші системи відліку, які рухаються відносно них прямолінійно і рівномірно будуть інерціальними. Розглянемо питання про справедливість законів Ньютона в інерціальних системах відліку.

Очевидно, що перший закон Ньютона в інерціальних системах відліку. виконується, бо саме формулювання першого закону Ньютона розглядають як означення інерціальної системи відліку.

Повернемося до векторної рівності . Візьмемо похідну по часу від обох частин цієї рівності, враховуючи, що

.

Звідки

. (1.73)

Зауважимо, що формулу (1.73) називають правилом додавання швидкостей в класичній механіці. Із (1.73) бачимо, що швидкість залежить від швидкості , тобто швидкість тіла в різних інерціальних системах відліку різна; швидкість відносна.

Візьмемо похідну по часу від обох частин рівності (1.73)

.

Звідки

. (1.74)

Отже, прискорення тіла в різних інерціальних системах відліку однакове; прискорення абсолютне.

Сили взаємодії між тілами залежать від взаємного розміщення тіл і від їх відносної швидкості. Із того, що і маємо

.

Бачимо, що взаємне розміщення тіл і їх відносна швидкість в обох системах відліку однакові. Отже, сили взаємодії між тілами в різних інерціальних системах відліку однакові, тобто

. (1.75)

Із (1.74) і (1.75) слідує, що рівняння другого і третього законів Ньютона у системі відліку матимуть вигляд

; .

Маса також однакова у всіх інерціальних системах відліку.

Таким чином, вигляд рівнянь законів Ньютона не змінюється при переході від однієї інерціальної системи відліку до іншої, тобто вони є інваріантними відносно перетворень координат Галілея.

Із інваріантності законів Ньютона і інших законів (таких як закон збереження імпульсу, закон збереження енергії) можна зробити такий важливий висновок: у всіх інерціальних системах відліку всі механічні явища при одних і тих же умовах протікають однаково. Це твердження носить назву механічного принципу відносності.

На практиці механічний принцип відносності проявляється, наприклад, в тому, що пасажир у вагоні із закритими вікнами не зможе встановити чи вагон знаходиться в стані спокою, чи в стані прямолінійного і рівномірного руху.