Относительность механического движения

При исследовании законов движение тела, важную роль играет система отсчета, относительно которой, ведется наблюдения за телом. Система отсчета – совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и синхронизированных между собой часов. Нам необходимо знать находится ли система отсчета в положении покоя или движется. Если система отсчета движется, важно понять движется она равномерно или ускоренно. В ряде задач, при переходе к более удачной системе отсчета решение задачи сильно упрощается.

Например, пусть мы рассматриваем следующую задачу. Опоздавший пассажир догоняет поезд. Когда поезд начинает двигаться, пассажир находится в конце состава. Нам нужно определить, за какое время пассажир сможет добежать до своего места в начале состава, при условии, что поезд и пассажир движутся равномерно. В этом примере, логичным ходом будет решать задачу в системе отсчета, связанной с поездом. В этом случае, чтобы определить время бега пассажира нужно просто разделить длину состава на скорость пассажира относительно поезда.

Рассмотрим другой пример. Пловец переплывает реку со скоростью v, в каждый момент времени, направляя своё движение перпендикулярно берегу. Однако, река имеет сильное течение, движущиеся со скоростью u. Необходимо определить скорость движения пловца относительно берега. Итак, в этой задаче берег будет неподвижным объектом, в то время как пловец и вода будут двигаться. Скорость пловца относительно неподвижного объекта берега будет равна векторной сумме скоростей пловца и течения реки. Для нахождения скорости пловца относительно берега, нужно будет просто воспользоваться правилом треугольника, и тем самым получить векторную сумму скоростей пловца и течения реки.

В следующих разделах механики активно будет использоваться инерциальная система отсчета. Инерциальная система отсчёта – это такая система отсчёта в которой выполняется инерциальный закон. То есть, тело, не испытывающее действия внешних сил, или же испытывающее действие скомпенсированных внешних сил, равномерно прямолинейно движется или находится в состоянии покоя. При этом, все законы физики инварианты относительно перехода из одной инерциальной системы отсчёта в другую. Таким образом, запись законов будет иметь одинаковую форму в разных инерциальных системах отсчета.

Аналогично, неинерциальной системой отсчета называется такая система отсчёта, относительно которой не выполняется закон инерции. Неинерциальная система отсчёта движется с ускорением относительно инерциальной системы отсчета. Например, если бы в нашем примере с опоздавшим пассажиром, поезд двигался бы с ускорением (набирал скорость), то поезд выступал бы в роли неинерциальной системы отсчёта.