Законы Ньютона
Многие из нас убеждены в том, чтобы заставить тело двигаться с постоянной скоростью на него надо постоянно осуществлять воздействие.
Действительно, вспомним пример из жизни, например, по дороге, едет человек на велосипеде, крутит педали и движется с постоянной скоростью.
Как долго велосипедист будет двигаться с постоянной скоростью, если он прекратит воздействие на педали? Ответ, казалось бы, совсем прост, еще во времена Аристотеля считали, что тело будет двигаться равномерно, то есть с постоянной скоростью, если на него будет действовать другое тело. Эти взгляды были опровергнуты итальянским ученым Галилео Галилеем в конце XVI и начале XVII века, применившим метод научного познания и истолковавшим свои опыты по движению тел. Оказывается, чтобы тело двигалось прямолинейно, и равномерно надо устранить все воздействия на него.
Закон инерции
Значит, придав велосипеду начальную постоянную скорость и устранив сопротивление о почву и воздух можно «заставить» велосипед двигаться неограниченно долго с постоянной скоростью.
Это так называемый закон инерции:
Если на тело не действуют никакие другие тела, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно Земли.
Но проверить это достаточно трудно, так как сложно устранить действия всех окружающих тел. Свойство тел сохранять свою скорость, при отсутствии действия на них других тел, назвали инерцией.
Первый закон Ньютона
Научно и строго сформулирован закон инерции был позднее в конце XVII века математиком и физиком Исааком Ньютоном:
Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела.
Закон инерции или первый закон Ньютона можно услышать и в другой формулировке:
Существуют инерциальные системы отсчета (ИСО), в которых все тела, при отсутствии внешних воздействий, движутся прямолинейно и равномерно.
Во всех инерциальных системах отсчета время измеряют одинаково. Одинаково происходят все механические явления при одних и тех же начальных условиях в любых ИСО. Но далеко не всякая система отсчета будет инерциальной. Инерциальной будет только та система отсчета, которая будет двигаться с постоянной скоростью относительно ИСО. Систему отсчета связанную с Землей можно считать инерциальной приблизительно.
Второй закон Ньютона
Обобщая многочисленные опыты, Ньютон установил связь между ускорением и силой, где F – сила, действующая на тело массой m, вызывает ускорение тела равное – a.
Формула эта выражает основной закон движения и носит название второго закона Ньютона:
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на создаваемое этой силой ускорение, причем направления силы и ускорения совпадают.
Если мы будем действовать на тела разной массы, равной силой они получат ускорения, обратно пропорциональные своим массам.
Второй закон применим только при движении материальной точки или поступательно движущегося тела.
Третий закон Ньютона
При столкновении двух бильярдных шаров оба шара изменяют свою скорость, получая ускорение. При выстреле из винтовки наблюдается явление отдачи. После выстрела из пушки, пушка откатывается в противоположную выстрелу сторону.
Любое действие тел друг на друга вызвано их взаимодействием, об этом говорит третий закон Ньютона:
Тела действуют на друга с силами, которые равны по модулю, направлены в противоположные стороны вдоль одной прямой.
Это закон равенства действия и противодействия, открытый Ньютоном. Если F1 сила действующая со стороны первого тела, а F2 сила действующая со стороны второго тела, то третий закон Ньютона запишется в виде:
Все три закона Ньютона справедливы только в инерциальных системах отсчета.