Перший закон Ньютона. Інерціальні системи відліку

Перший закон динаміки (або перший закон Ньютона) виражає встановлений ще Галілеєм закон інерції: тіло (матеріальна точка) зберігає стан спокою або прямолінійного і рівномірного руху, якщо взаємодії з боку інших тіл не змушують його змінити цей стан. Такі тіла називають вільними, а їхній рух – вільним рухом або рухом за інерцією. Кожне тіло чинить опір при спробах змусити його змінити модуль чи напрям швидкості. Властивість тіла зберігати швидкість (зокрема рівну нулю), якщо немає взаємодії з іншими тілами, називають інертністю. Всі тіла певною мірою зазнають впливу зовнішніх дій, і вільних тіл не існує. Рівномірний і прямолінійний рух тіла практично відбувається лише тоді, коли зовнішні дії зрівноважують одна одну.

Якщо припустити, що ці дії нескінченно зменшуються, то можна тільки уявляти рух вільного тіла.

У динаміці важливе значення має вибір системи відліку, оскільки перший закон Ньютона справджується не в усіх системах відліку. Так, якщо взяти дві системи, які рухаються з прискоренням одна відносно одної, то тіло, яке буде рухатися рівномірно і прямолінійно відносно однієї з них, відносно іншої рухатиметься прискорено. Без зазначення системи відліку перший закон Ньютона втрачає зміст. Отже, класична механіка постулює існування хоча б однієї системи, в якій виконується перший закон Ньютона. Таку систему відліку, відносно якої тіло рухається рівномірно і прямолінійно, називають інерціальною.

Дослідження на інерціальність різних систем відліку показують, що умовам вільного руху тіла в межах нашої планетарної системи з високою точністю відповідає геліоцентрична система відліку. Це координатна система, центр якої міститься у центрі мас Сонячної системи, а осі напрямлені на відповідним чином вибрані три далекі ("нерухомі") зорі. Будь-яка система відліку, яка рухається рівномірно і прямолінійно відносно інерціальної (геліоцентричної) системи, також є інерціальною. Система відліку, пов'язана із Землею (геоцентрична система), у строгому розумінні не є інерціальною, оскільки вона рухається прискорено відносно геліоцентричної системи при обертанні Землі навколо власної осі і навколо Сонця. Проте спостереження за рухом тіл відносно Землі показують, що відхилення від інерціальності незначні, і Землю можна вважати майже інерціальною системою відліку.

При вивченні руху тіл вважатимемо, що рух відбувається відносно інерціальної системи, якщо не буде застереження відносно вибору системи відліку.