Получается интересный результат: ускоре­ние тела относительно равномерно двигающего­ся наблюдателя в точности равно ускорению относительно неподвижного наблюдателя. Зна­чит, все неподвижные наблюдатели и все на­блюдатели, двигающиеся прямолинейно и равно­мерно относительно друг друга, изучая равно­мерно ускоренное движение, будут определять различные мгновенные скорости тела, но одно и то же ускорение. Если скорость тела в классической механике относительна, то ускорение абсолютно, т. е. не зависит от равномерного движения наблюдателя.

Это очень важный вывод, особенно если вспомнить, что, согласно второму закону Нью­тона, сила, действующая на тело, пропорцио­нальна массе тела, умноженной на ускорение. Так как масса тела не зависит от наблюдателя, значит, сила в классической механике величина абсолютная, она не зависит от равномерного и прямолинейного движения наблюдателя.

В этом смысле все покоящиеся относитель­но тела наблюдатели, а также все наблюдатели, двигающиеся равномерно и прямолинейно, рав­ноценны. Изучая движение тел и определяя действующие на них силы, все эти наблюдатели получат один и тот же результат.

Мы предполагаем, что наблюдатели снабже­ны хорошими часами и измерительными при­борами. Изучая движение тел, они измеряют расстояния до них, а при расчетах пользу­ются формулами механики. Поэтому вместо того, чтобы говорить «наблюдатель», часто при­меняют термин «система отсчета». Сами системы отсчета принято называть инер­циальными, потому что прямолинейное и равномерное движение тел возможно лишь по инерции.

Полученный вывод можно сформулировать так: ускорения и силы, действующие на тела относительно инерциальных систем отсчета, имеют одно и то же значение.

ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ И СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

Мы очень подробно остановились на изуче­нии движения тел относительно различных наблюдателей потому, что это имеет фундамен­тальное значение не только для механики, но и для всей физики. Физика изучает различные явления природы и стремится подметить законы, управляющие этими явлениями. Например, утверждение Ньютона, что сила равна массе,

умноженной на ускорение,— это закон приро­ды. Закон природы потому и называется зако­ном, что он действует всегда независимо от того, кто и как наблюдает его проявления. Физики условились называть «настоящими» законами природы только такие, которые не зависят от состояния и движения системы от­счета. В этом смысле утверждение «сила равна массе, умноженной на ускорение» есть закон природы, справедливый для всех инерциальных систем отсчета.

Поясним это на примерах. При падении на землю любого тела проявляется закон сох­ранения энергии. Приращение кинетической энергии в любой момент равно убыли потенциаль­ной энергии. Для наблюдателя, стоящего на земной поверхности, в течение всего времени справедливо соотношение:

mv²/2+mgh=Е,

где m — масса тела, v — его мгновенная скорость относительно земного наблюдателя, g — коэф­фициент ускорения, h — расстояние от Зем­ли, Е — постоянная энергия падающего тела. Для наблюдателя, двигающегося равномер­но вверх, формулу этого закона следует пре­образовать, как это показано в формулах (3) и (4):

(mv₁-v₀)²/2+ mgh=Е.

Здесь v₀ — постоянная скорость движения наблюдателя, а v₁— мгновенная скорость тела от­носительно движущегося наблюдателя.

Это уравнение подтверждает закон сохра­нения энергии, он, как говорят физики, инва­риантен, т. е. остается неизменным при преобра­зованиях Галилея. Таким образом, закон сохра­нения энергии — «настоящий» закон природы, не зависящий от наблюдательного пункта.

Рассмотрим также другой закон природы — закон сохранения количества движения, или, как он иначе называется, закон импульса (рис. 4). Представим себе, что из лодки, двигающейся со скоростью течения реки v, пры­гает в воду пловец с начальной скоростью v₁.

Рис. 4. По закону о сохранении движения (m+M)v= mv₁+Mv₂.

27