Інерцыяльная сістэма адліку

Валодаючы пачатковымі дадзенымі, для любога які рухаецца цела можна разлічыць значэнне яго паскарэння, хуткасці, размяшчэння (каардынатаў) і інш. Усе падобныя разлікі выконваюцца ў рамках кінематыкі. Аднак гэты раздзел навукі не вывучае саміх працэсаў, якія ўзнікаюць пры механічным перамяшчэнні. Адказаць на пытанні аб характарыстыках руху, прычыне імпульсу паскарэння можа дынаміка.

Возьмем скрынак з адной запалкай ўнутры і пачнем яго перамяшчаць па стале ў адным кірунку з адной і той жа хуткасцю. Што адбываецца са запалкай? Яна спачывае або перамяшчаецца? Усё залежыць ад таго, якую сістэму адліку мы абярэм асноўнай. У адносінах да скрынку запалка спачывае, а вось калі паглядзець на тое, што адбываецца з боку (напрыклад, таго ж стала), то перамяшчаецца. Агульнае ў абодвух выпадках тое, што хуткасць запалкі сталая. Для яе змены неабходна аказаць на скрынак і запалку знешняе ўздзеянне, напрыклад, сапхнуць са стала. Менавіта гэтым характарызуюцца інерцыяльныя сістэмы адліку. Выкажам здагадку, што мы знаходзімся ў скрынцы побач са запалкай. Так як знешняе ўздзеянне невідавочна, то ў момант падзення можна падумаць, быццам запалка сама па сабе прыйшла ў рух, набыўшы імпульс паскарэння. А вось калі паглядзець на тое, што адбываецца, знаходзячыся на стале, то паводзіны запалкі лёгка тлумачыцца змяненнем хуткасці руху скрынка. Фактычна, мы апісалі інерцыяльныя і неинерциальные сістэмы адліку. Для першых характэрна дзеянне іншых сіл, а для другіх атрыманае паскарэнне знешнімі сіламі растлумачыць нельга. У дадзеным прыкладзе інерцыяльныя сістэмы адліку звязаныя з паверхняй стала і любым іншым прадметам па-за скрынка, бо відавочна знешняе ўздзеянне на які вывучаецца аб'ект. Праблемай сістэм адліку цікавіліся такія вядомыя навукоўцы старажытнасці, як Галілей і Арыстоцель. Толькі ў 17 стагоддзі І. Ньютан на аснове іх работ сфармуляваў сваё першае правіла інэрцыі, больш вядомае як Першы закон Ньютана.

Ён абвяшчае, што дапушчальна існаванне такіх сістэм адліку, пры якіх на цела не аказваецца вонкавага ўздзеяння з боку іншых целаў, а хуткасць руху не змяняецца ні па значэнні, ні па накіраванасці. Калі уздзеянняў некалькі, але яны ўраўнаважваюцца, то дзейнічае тое самае правіла, якое выкарыстоўваюць інерцыяльныя сістэмы адліку (ІСО). Калі разглядаць адну сістэму адліку адносна іншага, пры нязменных модулі і значэнні хуткасці, то можна сцвярджаць, што ў прыродзе існуе вялікая колькасць ІСО. Такім чынам, інерцыяльная сістэма адліку атачаюць нас паўсюль.

Нашмат прасцей зразумець Першы закон Ньютана, калі азнаёміцца з высновамі яго папярэднікаў - Арыстоцеля і Галілея.

Арыстоцель сцвярджаў, што калі на цела не аказваецца якога-небудзь іншага ўздзеяння, то натуральнае яго стан - спакой. У выпадку ж перамяшчэння цела з пастаяннай хуткасцю павінна прысутнічаць знешняя сіла.

Галілей дапоўніў гэтыя высновы: адсутнасць вонкавага ўздзеяння зусім не азначае, што цела не можа рухацца раўнамерна і без змены кірунку. Сама ж сіла, якая аказвае дзеянне, растрачваецца на кампенсацыю прыцягнення, трэння і інш.

Інерцыяльная сістэма цалкам заснавана на Першым законе, згодна з якім любое цела спачывае або раўнамерна рухаецца да таго часу, пакуль знешняя сіла не змяняе яго стану. Важная асаблівасць: гэты закон можна выконваецца не ва ўсіх магчымых сістэмах адліку.

Інерцыяльная сістэма бліскуча пацвярджаецца і актыўна выкарыстоўваецца ў нябеснай механіцы і касманаўтыцы (геліяцэнтрычная сістэма). Пры гэтым варта абмовіцца, што не існуе такой сістэмы адліку, якая б з'яўлялася інерцыяльнай для ўсіх магчымых працэсаў разгляданай сістэмы.