А почему Земля - неинерциальная система отсчета?

Когда Н. Коперник заменил систему отсчета, связанную с Землей и принятую еще во II в. К. Птолемеем, на систему, связанную с Солнцем, и объяснил в ней движение планет, он произвел революцию в человеческом мышлении. Много веков, вплоть до XVI столетия, люди пользовались единственной, выделенной системой отсчета, хотя движение планет и Солнца в ней описывалось очень сложным образом. Несколько позже из трудов Г. Галилея и И. Ньютона стало ясно, что для описания движения столь же пригодны и все другие системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно по отношению к системе неподвижных звезд. Так были открыты инерциальные системы (см. Инерция) , в которых движением тел управляют законы классической механики И. Ньютона. Ну, а что было дальше с системой отсчета, связанной с Землей? Ведь Земля для нас, живущих на ней, все-таки выделенная система. Исследуя движение тел, чаще всего вообще можно забыть о Солнце и звездах. Строго говоря, эта система отсчета не является инерциальной, так как Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца. Однако ускорения, связанные с этими движениями, малы, и обычно мы делаем лишь небольшую ошибку, пользуясь для описания движения на Земле законами Ньютона. Обычно, но не всегда. Вспомним о знаменитом маятнике Фуко в Исаакиевском соборе в Ленинграде. Этот маятник не просто колеблется, но плоскость его колебаний еще и медленно поворачивается. Такой опыт впервые в 1851 г. сделал французский ученый Л. Фуко. Опыт проводился в огромном зале Парижского пантеона. Шар маятника весил 28 кг, а длина нити была равна 67 м. Как же объяснить движение маятника Фуко? Ведь если бы на Земле строго выполнялись законы Ньютона, маятник колебался бы в одной плоскости. Значит, в неинерциальной системе отсчета законы Ньютона надо «исправить» . Это делают, вводя специальные силы — силы инерции.
Неинерциальная система отсчета — это любая система, движущаяся по отношению к инерциальной с ускорением. Она может двигаться поступательно, может вращаться, возможны и комбинации этих движений. Наверное, самый простой пример неинерциальной системы отсчета — движущийся ускоренно лифт. При движении лифта вверх можно почувствовать «утяжеление» при разгоне лифта и приближение к невесомости при резком торможении. Если пользоваться в системе лифта законами Ньютона, то этого понять нельзя. На человека действует сила тяжести, и, так как в системе лифта он находится в состоянии покоя, сила реакции со стороны пола должна была бы равняться силе тяжести. Но из опыта ясно, что это не так. Поэтому к силе тяжести надо добавить какую-то силу при разгоне лифта и вычесть ее при замедлении. Это и есть сила инерции:
F→ин = — mа→, где а→ — ускорение лифта, m — масса человека. Теперь все в порядке: при разгоне лифта ускорение направлено вверх и сила инерции «утяжеляет» находящегося там человека, а при замедлении, наоборот, «облегчает» (см. рис.) . Заметим, что сила инерции похожа на силу тяжести. Обе силы пропорциональны массе тела. В то же время сила инерции принципиально отличается от обычных сил, так как она не связана с взаимодействием реальных тел. Эти характерные особенности сил инерции сохраняются и во вращающейся системе. Представьте себе, что вы кружитесь на карусели. Тогда вас обязательно прижимает к внешней стороне кресла, словно какая-то сила откидывает вас от центра вращения. Можно ли это понять, пользуясь законами Ньютона во вращающейся системе? Опять же нет. В этой системе вы покоитесь, а на вас действует сила реакции со стороны кресла, направленная к центру. Значит, второй закон Ньютона нарушается. Но все встает на свои места, если ввести во вращающейся системе силу инерции — центробежную силу. Она уравновесит силу реакции кресла, и тогда понятно, почему в этой системе движения нет.