Der Trägheitsraum ist ein Bezugsrahmen, gegen den die Beschleunigung oder Bewegungsänderung gemessen wird. Innerhalb eines Trägheitsbezugssystems erfahren Objekte eine konstante Relativbewegung und scheinen in Bezug aufeinander zu ruhen; dies definiert die Trägheit des Raumes und dient als Hintergrund, vor dem die Bewegungsänderung eines Objekts gemessen wird. Ergebnisse von Messungen, die in einem Inertialsystem durchgeführt wurden, können durch eine einfache mathematische Berechnung in ein anderes umgewandelt werden.
Eine Eigenschaft eines Inertialsystems besteht darin, dass das Verhalten seiner Objekte keinen Kräften von außerhalb dieses Bezugssystems unterliegt. In der Newtonschen Physik galten die Fixsterne als Trägheitsbezugssystem; Es ist heute bekannt, dass die Sterne in Galaxien nicht fixiert sind, sondern ihre eigenen relativen Bewegungen haben, ebenso wie Galaxien in größeren Gruppenstrukturen. Die Verwendung der Sterne, als ob ihre relative Bewegung einen Trägheitsraum definiert, führt zu geringen Fehlern.
Ein sich drehender Kreisel, der frei von Rotationsbeschleunigung ist, behält seine Orientierung zum Trägheitsraum; wenn es sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht, wird es relativ zu den Fixsternen weiterhin in die gleiche Richtung zeigen. Bewegungsänderungen relativ zur Ausrichtung des Gyroskops können gemessen und die Daten zur Berechnung von Geschwindigkeit und Position verwendet werden. Dies ist die Grundlage für ein Trägheitsnavigationssystem (INS), das die Geschwindigkeit und den Standort eines Fahrzeugs allein anhand einer Position im Trägheitsraum bestimmt.
Ein INS besteht typischerweise aus Bewegungssensoren wie Gyroskopen und Beschleunigungsmessern und einem Computer. Das System erhält seine anfängliche Geschwindigkeit und Position und berechnet dann die zukünftige Position und Geschwindigkeit in Echtzeit aus den Sensordaten. Änderungen der Linear- und Winkelbeschleunigung werden in Bezug auf die Ausrichtung des Gyroskops zum Trägheitsraum gemessen. Über seine Anfangsbedingungen hinaus ist ein INS vollständig in sich abgeschlossen und unterliegt keinen Störungen oder anderen Störungen.
Kumulierte Mess- und Berechnungsfehler führen dazu, dass ein INS über einen längeren Zeitraum weniger genau ist. Dieses Manko wurde durch ausgefeiltere Geräte wie das faseroptische Gyroskop, das auf dem Sagnac-Effekt beruht, etwas ausgeglichen. Bei dieser Art von Vorrichtung erzeugen gegenläufig rotierende Laser ein Interferenzmuster, aus dem Änderungen der Winkelgeschwindigkeit relativ zu einer Position im Trägheitsraum berechnet werden können.
Auf Schiffen wird ein Kreiselkompass verwendet, um auf den geografischen Nordpol zu zeigen. Das Gerät nutzt die Eigenschaften eines Gyroskops, um eine feste Orientierung zum Trägheitsraum beizubehalten, und eines Pendels, um es mit der Rotationsachse der Erde auszurichten. Solange der Rotor des Gyroskops parallel zur Erdachse ist, gibt es kein Drehmoment oder Winkelwiderstand von der Erdrotation. Die Fehlausrichtung korrigiert sich selbst durch Kräfte aufgrund der Planetenrotation.