Сила инерции. Принцип Д'Аламбера

Сила инерции не является реальной силой, так как она не дей­ствует со стороны какого либо тела. Однако в неинерциальной сис­теме ее можно (и нужно!) рассматривать, как обычную силу. При этом можно «забыть» о том, что система неинерциальна.

Д'Аламбер установил, что если ко всем реальным силам (дейст­вующим со стороны других тел) добавить силу инерции, то в не­инерциальной системе можно использовать все законы и форму­лы, которые справедливы для инерциальных систем.

Пример

Пусть тело массой т подвешено на нити в кабине космического ко­рабля, который стартует с Земли и поднимается вверх с ускорением «а».

Система отсчета, связанная с таким кораблем является неинер­ционной и к ней применим принцип Д'Аламбера (ускорение сис­темы — это ускорение корабля: а_с = а). На тело действуют сила тяжести со стороны земли (mg) и сила натяжения нити (Т) (рис. 8.1). Добавим к ним силу инерции F_h = m-a, которая направле­на вниз (в сторону, обратную ускорению). Теперь можно описать по­кой тела относительно корабля: Т+ mg + F_H = 0. Учитывая направле­ния сил, получим уравнение для их величин: Т — mg — F_K = 0. Отку­да найдем натяжение нити, удерживающей тело:

Установлено, что сила инерции неотличима от силы гравита­ции (силы тяготения). В рассматриваемом примере это означает, что никакие опыты, поставленные внутри корабля, не смогут дать ответ на вопрос, какая из ситуаций имеет место:

• либо мы находимся не в корабле, а на какой-то планете, где ускорение свободного падения равно g + a;

• либо мы движемся с ускорением g + а на космическом ко­рабле вдали от каких-либо планет (гравитационные силы отсутст­вуют);

• либо мы стартуем с Земли, поднимаясь с ускорением «а».

Во всех этих случаях результаты любого опыта будут совершен­но одинаковы.