§ 127. Движение относительно разных инерциальных систем отсчета

Прежде всего, сравним движения относительно двух разных инерциальных систем. Характер движения в разных системах может быть различным. Примем, например, за одну из инерциальных систем Землю, а за другую — вагон поезда, равномерно движущегося по прямому участку пути. Пусть в вагоне на нити подвешено какое-либо тело. При отвесном положении нити тело будет находиться в равновесии: сумма сил, на него действующих (сил притяжения Земли и натяжения- нити), будет равна нулю. Перережем нить; тело начнет падать с ускорением , и его траектория относительно вагона окажется вертикальной прямой, что можно установить, например, фотографируя падение кинокамерой, установленной в самом вагоне. Если же движение тела рассматривать относительно Земли, например, фотографируя его с полотна железной дороги, то траектория тела окажется параболой (рис. 204). Наоборот, подвешивая тело на Земле и фотографируя его падение после пережигания нити, получим траекторию в виде вертикальной прямой на снимке, сделанном с земной поверхности, и параболу — на снимке, сделанном из вагона.

Рис. 204. Вертикальная прямая – траектория движения тела относительно вагона после пережигания нити. Парабола – траектория относительно Земли

Все это легко объяснить. Различие в движениях относительно разных систем вызвано только разными начальными скоростями тела относительно  одной и другой инерционных систем. В первом примере тело первоначально покоилось относительно  поезда, а относительно Земли двигалось в горизонтальном направлении со скоростью поезда. Значит, после пережигания нити относительно вагона происходило свободное падение тела без начальной скорости, а относительно Земли — также свободное падение, но с начальной скоростью. Во втором примере падение без начальной скорости происходило относительно Земли, а с начальной скоростью — относительно вагона.

Однако в обеих системах ускорение тела одно и то же. Первоначально сумма сил, действующих на тело, равна нулю и выполняется закон инерции: тело в каждой системе либо покоится, либо движется с постоянной скоростью прямолинейно, т. е. не имеет ускорения. После пережигания нити на тело действует только сила тяжести и для обеих систем справедлив второй закон Ньютона: по отношению к каждой системе отсчета тело падает с ускорением , вызванным тяготением Земли.

Аналогичная картина будет наблюдаться и во всех других случаях движений тел относительно разных инерциальных систем отсчета.