Силы инерции, возникающие при ускоренном поступательном движении системы отсчёта

Это классическая задача о поведении маятника, прикреплённого к потолку железнодорожного вагона (рис. 5.1). Вагон движется ускоренно. Его ускорение

Рис. 5.1

Маятник, конечно, примет положение, изображённое на рисунке.

При этом на отклонившейся грузик маятника действуют две силы: гравитационная (сила тяжести) и упругая (сила натяжения нити) . Равнодействующая этих двух сил и определит ускорение маятника . Ведь маятник движется вместе с вагоном с ускорением :

R = mg × tga = ma₀

Это и есть уравнение движения грузика m, записанное в неподвижной системе отсчёта S, связанной с Землёй.

Теперь рассмотрим это же движение, перейдя в движущийся вагон.

В системе отсчета S’, связанной с вагоном, мы обнаружим необычную картину: маятник отклонился на угол a и застыл неподвижно, хотя на него действует сила

R = mg × tga = ma₀!

Налицо нарушение всех законов механики: на тело действует сила, а оно остаётся при этом в покое. Создается впечатление, что на шарик действует ещё одна сила , равная , но противоположного направления (рис. 5.2).

Рис. 5.2

Приложим эту силу, и всё становиться на свои места: равнодействующая сил, действующих на тело, равна теперь нулю и тело остаётся в покое. Его скорость V’ и, главное, ускорение a’ относительно вагона (в системе S’) равны нулю.

.

— сила инерции, возникшая в результате ускоренного движения системы отсчёта

. (5.1)

Она равна произведению массы тела на ускорение системы отсчёта . Но направлена сила инерции в сторону, противоположную .

Иногда эту силу называют фиктивной силой инерции, имея в виду её особые свойства. Представим, что при резком торможении вагона, чемодан падает с полки, то есть начинает двигаться ускоренно относительно вагона. Но при этом вы не сможете указать предмет, который подействовал на чемодан и заставил его двигаться с ускорением. У фиктивной силы инерции — силы действия — нет силы противодействия.