Неінерціальні системи відліку. Сили інерції

Неінерціальними називаються системи відліку, які рухаються з деяким прискоренням відносно інерціальних. Наприклад, в задачах про рух тіл на поверхні Землі користуються системами відліку пов’язаними з поверхнею Землі. Такі системи відліку неінерціальні, бо Земля здійснює добове обертання.

З’ясуємо питання про справедливість законів Ньютона в неінерціальних системах відліку. Для цього розглянемо дві системи відліку: інерціальну і неінерціальну .

Повернемось до векторної рівності . Взявши від цієї рівності другу похідну по часу, отримуємо

Звідки

де – прискорення неінерціальної системи відліку.

Нехай на тіло з боку інших тіл діє сила . За другим законом Ньютона прискорення тіла в інерціальній системі відліку

.

Тоді

, або . (1.76)

Проведемо аналіз рівняння (1.76). Бачимо, що при прискорення . Отже, в неінерціальних системах відліку перший закон Ньютона не виконується.

Із рівняння (1.76) бачимо також, що а другий закон Ньютона вимагає, щоб прискорення тіла було рівним . Отже, в неінерціальних системах відліку другий закон Ньютона не виконується.

При тіло рухається так ніби на нього діє сила, що дорівнює . Силу називають силою інерції. Сили інерції не можна ставити в один ряд з силами тяжіння, силами пружності, або силами тертя. Останні є результатом взаємодії тіл. Сила інерції – це не результат взаємодії тіл, а властивість системи відліку. Для сили інерції не існує протидіючої сили. Отже, і третій закон Ньютона в неінерціальних системах відліку не виконується.

Ввівши поняття сили інерції, рівняння (1.76) можна записати у вигляді

. (1.77)

Воно є основним рівнянням динаміки в неінерціальних системах відліку.

Що стосується законів збереження імпульсу, енергії і момента імпульсу, то в неінерціальних системах відліку вони не виконуються, бо в неінерціальних системах відліку не існує замкнутих систем – для будь-якої системи тіл сила інерції є зовнішньою.