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:

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.
Масса лодки и масса пловца соответственно равны т и М. Тогда относительно неподвижного наблюдателя закон сохранения количества движения можно записать формулой:
К этой лодке приближается другая — с наблюдателем. Если скорость лодки относительно течения реки будет v0, наблюдатель запишет закон сохранения импульса в таком виде:
Скорости v1, v11, v12 для подвижного наблюдателя получаются после простых преобразований по формулам Галилея. Итак, для подвижного наблюдателя закон сохранения импульса имеет такой же вид, как и для неподвижного. Такой же способ применяется во всех случаях , когда надо определить, возможно ли назвать законом природы экспериментально обнаруженную или выведенную теоретически закономерность. Для этого нужно написать соотношение между физическими величинами для неподвижного наблюдателя и применить к нему преобразования Галилея. Если соотношение не изменится, значит, закономерность — закон природы. Если соотношение физических величин при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой изменится радикальным образом, то эта закономерность представляет собой лишь частную зависимость, свою для каждой инерциальной системы отсчета.