§ 128. Движение относительно инерциальной и неинерциальной систем отсчета

Иная картина получается при сравнении данного движения относительно какой-либо инерциальной и какой-либо неинерциальной систем отсчета. Силы, действующие, на тело со стороны других тел: силы упругости, трения, тяготения и т. д., не зависят от того, по отношению к какой системе отсчета изучается движение тела. Но ускорения тел относительно инерциальной и неинерциальной систем различны. Поэтому по отношению к неинерциальным системам отсчета нельзя будет объяснить данное движение тела силами, действующими на него со стороны каких-то определенных других тел.

Проиллюстрируем это снова на примере подвешенного груза, считая теперь, что вагон, принимаемый за систему отсчета, движется по горизонтальному прямому участку пути ускоренно. Ускорение поезда обозначим через . В этом случае нить, на которой подвешено тело, установится при равновесии не по отвесу, как в равномерно движущемся вагоне, а под некоторым углом к вертикали, отклоняясь в сторону, противоположную ускорению вагона (рис. 205). Отклонение тем больше, чем больше ускорение. Таким образом, тело относительно вагона находится в равновесии, в то время как силы, действующие на тело (сила тяжести  и сила натяжения нити ), направлены под углом друг к другу и поэтому уравновешивать друг друга не могут: тело покоится относительно системы отсчета, в то время как результирующая действующих на него сил не равна нулю. Эту результирующую силу легко найти, рассмотрев движение тела относительно Земли. Так как тело относительно вагона неподвижно, то его ускорение  относительно Земли равно ускорению вагона  (т. е. ). Следовательно, результирующая сила равна  и направлена горизонтально (рис. 205).

Если нить, на которой висит тело, пережечь, то оно начнет ускоренно падать, причем, как показывает опыт, его траектория относительно вагона окажется наклонной прямой, лежащей на продолжении нити до того, как она была пережжена (рис. 205). Но после пережигания нити на тело действует только одна сила — сила притяжения Земли, направленная вертикально вниз. Ускорение же относительно вагона направлено под углом к вертикали.

Рис. 205. Отклонение отвеса в ускоренно движущемся вагоне

Что же касается движения тела относительно Земли, то оно легко объясняется действующими силами: до пережигания нити равнодействующая сил, действующих на тело, равнялась та, поэтому тело и двигалось с тем же ускорением, что и поезд; после пережигания нити тело падает по параболе с начальной скоростью, равной скорости поезда в момент пережигания нити; действительно, после того как нить пережжена, движение поезда уже никак не влияет на движение не связанного с ним тела.

128.1. Найдите угол  отклонения от вертикали нити с подвешенным на ней грузом массы  в вагоне, движущемся по горизонтальному пути с ускорением . Зависит ли этот угол от массы груза? Найдите силу натяжения нити .

128.2. Какая сила должна действовать на тело массы , чтобы оно двигалось равномерно и прямолинейно относительно вагона, движущегося поступательно с ускорением ?