Для того чтобы определить, какие из указанных систем отсчёта являются инерциальными, необходимо понять, что инерциальная система отсчёта – это такая система, в которой действует закон инерции, т.е. в которой свободные тела (тела, не подверженные силам) движутся равномерно и прямолинейно.
Рассмотрим каждый из приведённых случаев:
Изучается движение шарика, брошенного вертикально вверх с поверхности земли. Начало отсчёта выбрано в точке на поверхности этого шарика.
- Эта система не является инерциальной, поскольку шарик находится в движении (вверх и потом вниз) и испытывает ускорение.
Изучается равномерное скольжение бруска по неподвижной относительно земли наклонной плоскости. В качестве тела отсчёта выбран другой брусок, движущийся равномерно по этой же плоскости.
- Это инерциальная система отсчёта. Оба бруска движутся равномерно, и относительно них можно применять законы физики, как в инерциальной системе.
Изучаются колебания шарика, подвешенного на нити. Нить закреплена на потолке вагона, движущегося с ускорением относительно земли. Начало отсчёта выбрано в точке перрона, мимо которого проходит вагон.
- Эта система не является инерциальной, так как вагон двигается с ускорением, и в нём действуют инерциальные силы.
Изучаются колебания шарика, подвешенного на нити. Нить закреплена на потолке вагона, движущегося с ускорением относительно земли. Начало отсчёта выбрано в точке подвеса нити на потолке вагона.
- Эта система также не является инерциальной. Хотя начало отсчёта написано "в точке подвеса", вагон всё равно движется с ускорением, что нарушает условия инерциальной системы.
Таким образом, инерциальной является только вторая система отсчёта.