Инерционни референтни системи

След първоначалните данни за всяко движещо се тяло е възможно да се изчисли стойността на нейното ускорение, скорост, местоположение (координати) и т.н. Всички такива изчисления се извършват в рамките на кинематиката. Тази част от науката обаче не изследва самите процеси, които възникват по време на механичното движение. За да отговорим на въпросите за характеристиките на движението, причината за ускорението може да бъде динамика.

Взимаме кутии с един мач и го пускаме на масата в същата посока със същата скорост. Какво става с мача? Дали тя почива или се движи? Всичко зависи от това коя рамка на референция избираме основната. Във връзка с кутията, мачът почива, но ако погледнете какво се случва отстрани (например същата маса), тя се движи. Обикновено и в двата случая е, че скоростта на мача е постоянна. За да го промените, е необходимо да упражнявате външно влияние върху кутиите и мача, например, за да го изтласкате от масата. Именно това характеризира инерционните еталонни рамки. Да предположим, че сме в кутия до мач. Тъй като външното действие не е очевидно, в момента на падането може би си мислите, че самият мач се е преместил, набира скорост на ускоряване. Но ако погледнете какво се случва по време на масата, поведението на мача лесно се обяснява с промяната в скоростта на движение на кутията. Всъщност ние сме описали инерционни и не-инерционни еталонни рамки. За първото, действието на външните сили е характерно, а за последното, полученото ускорение от външни сили не може да бъде обяснено. В това пример за инерционни еталонни рамки се свързват с повърхността на масата и всеки друг обект извън кутията, тъй като очевидно е външен ефект върху изследваните обекти. Проблемът с референтните рамки е от интерес за такива изтъкнати учени от древността, каквито са Галилей и Аристотел. Само през 17-и век И. Нютон, въз основа на своята работа, формулира първото си инерционно правило, по-известно като Първият закон на Нютон.

Той заявява, че съществуването на такива референтни рамки е допустимо, при което няма външно въздействие върху тялото от други тела, а скоростта на движение не се променя нито по стойност, нито по посока. Ако има няколко ефекти, но те са балансирани, тогава действа същото правило, което използва инерционни референтни рамки (ISO). Ако разгледаме един референтен кадър спрямо другия, с модула и скоростта на константата, тогава можем да заявим, че има огромно количество ISO в природата. Следователно, инерциалните еталонни рамки ни заобикалят навсякъде.

Много по-лесно да се разбере Първият закон на Нютон, ако прочетете констатациите на неговите предшественици - Аристотел и Галилео.

Аристотел твърди, че ако тялото няма външно влияние, тогава естественото му състояние е мир. В случай на движение на тялото с постоянна скорост трябва да има външна сила.

Галилео допълва тези заключения: липсата на външно влияние не означава, че тялото не може да се движи равномерно и без да променя посоката. Самата сила, която упражнява действието, се губи за компенсиране на привличането, триенето и т.н.

Инерционната система е изцяло основана на Първия закон, съгласно който всеки орган се опира или се движи равномерно, докато външната сила промени своето състояние. Важна особеност: този закон не може да бъде изпълнен във всички възможни рамки за справка.

Инерционната система е брилянтно потвърдена и активно използвана в небесната механика и космонавтиката (хелиоцентрична система). Трябва да се отбележи, че няма такава референтна рамка, която би била инерционна за всички възможни процеси на разглежданата система.