Если стакан стоит на столике в купе прямолинейно и равномерно движущегося поезда, можно ли сказать, что стакан неподвижен? Да, но только относительно поезда. Ведь стакан вместе с поездом движется относительно Земли, а Земля движется относительно Солнца. Состояние покоя или, в общем случае, движения тел зависит от того, где находится наблюдатель этого движения. Так, например, траектория точки пропеллера относительно самолета представляет собой окружность, а относительно поверхности Земли – винтовую линию.
Существуют различные виды движения материи. Здесь мы рассматриваем так называемое механическое движение – изменение с течением времени взаимного положения материальных тел. Вид, форма и характеристики механического движения какого-либо тела зависят от выбора системы отсчета. Под системой отсчета в классической механике понимают некоторое основное тело (или совокупность связанных тел), относительно которого изучается движение других тел. Система отсчета включает в себя систему координат и часы для отсчета времени.
Пример. Система отчета, связанная с кораблем:
Все ли системы отсчета равноправны? Еще Галилей сформулировал принцип, который называют принципом относительности классической механики или принципом Галилея. Он гласит, что существуют такие системы отсчета, в которых любое тело, на которое не действуют другие тела или их действие скомпенсировано, сохраняет свое состояние покоя или равномерного поступательного прямолинейного движения. Такие системы отсчета называют инерциальными. Может существовать бесконечное множество инерциальных систем отсчета, но все они движутся относительно друг друга поступательно, прямолинейно и равномерно. Согласно принципу Галилея, все законы классической механики формулируются только для инерциальных систем отсчета и во всех инерциальных системах отсчета они имеют одинаковый вид.
Можно ли найти идеальную инерциальную систему отсчета? Как показывает опыт, с большой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую систему отсчета, центр системы координат которой совпадает с центром масс Солнца, а оси направлены на удаленные звезды. Следовательно, все другие инерциальные системы отсчета должны двигаться относительно гелиоцентрической системы поступательно прямолинейно и равномерно. А это означает, что все системы отсчета, связанные с Землей, не являются инерциальными, т.к. Земля вращается вокруг своей оси и движется относительно Солнца по замкнутой траектории. Однако, периоды этих движений достаточно большие: 1 сутки вращения вокруг земной оси и 1 год обращения вокруг Солнца. Поэтому во многих практических задачах системы отсчета, связанные с Землей, можно всё же считать инерциальными и применять для них законы классической механики.