Является ли земля инерциальной системой?

Можно опасаться, что большинству читателей уже на­скучили теоретические рассуждения и они потребуют привести конкретный пример инерциальной системы в при­роде. Попробуем выполнить их пожелание, насколько это возможно. Рассмотрим конкретный пример: является ли инерциальной системой Земля? Каждый школьник на это скажет: «Все примеры, которые учитель физики приводит на уроке, объясняя законы Ньютона, касаются движения тел на Земле. Я понимаю это так, что движения всех тел на Земле происходят по законам Ньютона. Поэтому Земля является инерциальной системой».
И все же такой вывод не точен. Чтобы убедиться в этом, перенесемся мысленно в парижский Пантеон, где в 1851 г. демонстрировал свой знаменитый опыт член Французской Академии наук Леон Фуко.
К куполу Пантеона подвешен 67-метровый трос, к ко­торому прикреплен медный груз весом в 28 кг. Этот ги­гантский маятник приводят в колебание. Уже после не­скольких колебаний обнаруживается удивительное явле­ние: плоскость, в которой качается маятник, начинает мед­ленно вращаться. Почему? Фуко объяснил результат опы­та вращением Земли вокруг своей оси. Земля вращается, а плоскость качаний маятника не меняется — это и ведет к вращению плоскости колебаний маятника относительно земной поверхности. Мы полностью согласимся с этим объяснением, только выразим его несколько иначе: Земля не является инерциальной системой. Плоскость колебаний маятника вращается относительно Земли, однако невоз­можно обнаружить какое-либо тело, которое оказывалось бы источником силы, вызывающей это вращение. В дан­ном случае ускорение (вращение относится к ускоренным движениям) происходит без воздействия реальной силы. В инерциальных системах, где справедливы законы Нью­тона, такие явления невозможны.

Можно опасаться, что большинству читателей уже на­скучили теоретические рассуждения и они потребуют привести конкретный пример инерциальной системы в при­роде. Попробуем выполнить их пожелание, насколько это возможно. Рассмотрим конкретный пример: является ли инерциальной системой Земля? Каждый школьник на это скажет: «Все примеры, которые учитель физики приводит на уроке, объясняя законы Ньютона, касаются движения тел на Земле. Я понимаю это так, что движения всех тел на Земле происходят по законам Ньютона. Поэтому Земля является инерциальной системой».
И все же такой вывод не точен. Чтобы убедиться в этом, перенесемся мысленно в парижский Пантеон, где в 1851 г. демонстрировал свой знаменитый опыт член Французской Академии наук Леон Фуко.
К куполу Пантеона подвешен 67-метровый трос, к ко­торому прикреплен медный груз весом в 28 кг. Этот ги­гантский маятник приводят в колебание. Уже после не­скольких колебаний обнаруживается удивительное явле­ние: плоскость, в которой качается маятник, начинает мед­ленно вращаться. Почему? Фуко объяснил результат опы­та вращением Земли вокруг своей оси. Земля вращается, а плоскость качаний маятника не меняется — это и ведет к вращению плоскости колебаний маятника относительно земной поверхности. Мы полностью согласимся с этим объяснением, только выразим его несколько иначе: Земля не является инерциальной системой. Плоскость колебаний маятника вращается относительно Земли, однако невоз­можно обнаружить какое-либо тело, которое оказывалось бы источником силы, вызывающей это вращение. В дан­ном случае ускорение (вращение относится к ускоренным движениям) происходит без воздействия реальной силы. В инерциальных системах, где справедливы законы Нью­тона, такие явления невозможны.
Землю можно считать инерциальной системой толь­ко приближенно; другими словами, Землю мы можем считать инерциальной системой только для описания таких процессов, на которые ее вращение практически не оказы­вает заметного влияния. Подавляющее число окружающих нас явлений по своему характеру являются именно такими. Поэтому в практической жизни мы можем смело применять законы Ньютона к движениям на Земле.
То, что Земля не является инерциальной системой, подтверждают и другие явления. В 1802 г. в Гамбурге провели опыт, в котором с высоты 76 м на землю падало тяжелое тело. При этом оказалось, что тело падало не точно по направлению действовавшей на него силы тяжести, а отклонялось почти на 1 см к востоку. Объяснить это можно только тем, что Земля — неинерциальная система.
В 1857 г. русский академик Карл Бэр установил извест­ный закон подмывания речного берега: у рек, которые те­кут вдоль меридиана в северном полушарии, правый берег высокий, а левый — низкий, в южном полушарии наобо­рот — левый берег высокий, а правый — низкий. Эта за­кономерность особенно отчетливо проявляется у больших рек. Высокий правый берег имеют  Нил,  Обь,  Иртыш, Лена, Волга, Дунай, Днепр, Дон и др. Левый берег выше правого у таких рек южного полушария, как Парана и Парагвай. Объяснить это можно только тем, что воды рек, текущих вдоль меридианов, в северном полушарии сме­щаются вправо (в южном полушарии соответственно вле­во), подмывая правый берег, а левый берег, образующий­ся из намытого песка, становится отлогим.
Почему же реки, текущие вдоль меридиана, должны отклоняться в сторону? По той же самой причине, по ко­торой вращается плоскость маятника и отклоняется сво­бодно падающее тело. Географ ответит, что все эти явле­ния обусловлены вращением Земли вокруг своей оси. Фи­зик же пояснит, что в этом выражается неинерциальность
Земли как тела отсчета. Земля вращается относительно инерциальных систем.
Найти инерциальную систему в принципе несложно: требуется лишь отыскать систему отсчета, в которой за­коны Ньютона выполняются точно. Практически же это совсем не так просто. Инерциальной системой может быть только система, связанная со свободным телом. В природе же, как уже отмечалось, нет свободных тел; все тела взаимодействуют с другими телами, хотя это взаимодействие и может быть сколь угодно малым. Поэтому нельзя указать в природе конкретной инерциальной системы, однако
всегда можно найти систему, которую при изучении дан­ной проблемы с достаточной для практики точностью можно считать инерциальной. Нужную систему всегда следует выбирать так, чтобы обусловленные ее неинерциальностью явления были меньше, чем погрешность исполь­зуемых измерительных приборов. Как мы уже отмечали, при описании большинства земных движений нашу плане­ту вполне можно считать инерциальной системой. В опыте Фуко, а также при изучении движения Земли инерциальную систему следует связывать с Солнцем. Движение же Солнца можно описать в инерциальной системе, свя­занной с окружающими звездами (звезды при этом считаем практически неподвижными), а при изучении вращения Галактики приходится связывать инерциальную систему с центром массы Галактики.