Принцип относительности в классической механике

При описании физических явлений мы всегда пользуемся какой-либо системой отсчета. Например, движение тел мы чаще всего рассматриваем относительно Земли, т. е. условно принимаем земной шар за неподвижное тело. Иногда мы принимаем за систему отсчета пол и стены лаборатории, которая может находиться в покое относительно Земли, но может и двигаться, если она находится в поезде, на теплоходе или в космическом корабле.

Галилей показал, что в условиях Земли практически справедлив закон инерции. Мы знаем, что согласно этому закону действие на тело сил проявляется в изменениях скорости; для поддержания же движения с неизменной по величине и направлению скоростью не требуется присутствия сил. Такую систему отсчета, в которой выполняется закон инерции, стали называть инерциальной.

Было установлено, что в лаборатории, движущейся равномерно и прямолинейно относительно Земли, все механические явления протекают так же, как и на поверхности Земли, следовательно, в такой лаборатории справедлив и закон инерции. Это означает, что инерциальных систем существует множество, ибо если имеется хотя бы одна такая система, то всякая другая, движущаяся относительно нее равномерно и прямолинейно, тоже будет инерциальной.

Г. Галилей ввел в классическую механику принцип относительности, смысл которого следующий: никакими механическими опытами нельзя установить, покоится инерциальная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. Иначе говоря, законы механики имеют один и тот же вид во всех инерциальных системах, и поэтому ни одна из них не имеет преимущества перед другой; любая из них может быть условно принята за неподвижную и использована для описания механических явлений. Так, при наблюдении механических движений на Земле мы не обнаруживаем ничего, свидетельствующего о движении самой Земли по орбите со скоростью 30 км/с.

Надо отметить, что систему отсчета, связанную с Землей, можно считать инерциальной лишь с некоторым приближением, так как вследствие вращения Земли вокруг своей оси закон инерции на Земле в действительности строго не выполняется. Например, падающие на Землю тела отклоняются к востоку, маятник изменяет плоскость своего качания (опыт Фуко) и т. д.

Со значительно большей точностью за инерциальную систему можно принять систему, связанную с Солнцем. Однако, строго говоря, и эта система неинерциальная, так как Солнце участвует в движении вокруг центра Галактики. Таким образом, вопрос о том, является ли выбранная система отсчета инерциальной, может быть решен на основании опыта. Если в пределах точности измерений, проведенных во время опытов, отклонения от законов Ньютона не обнаруживается, то выбранную систему отсчета приближенно можно считать инерциальной.