Законы Ньютона

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной (и по величине, и по направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой. Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают разной инертностью. Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. Величина инертности характеризуется массой тела.

Современная формулировка

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Шаблон:/рамка Историческая формулировка Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. Шаблон:/рамка Второй закон Ньютон Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО). Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с другими телами. Современная формулировка В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе. Шаблон:/рамка При подходящем выборе единиц измерения, этот закон можно записать в виде формулы: ${\vec {a}}={\frac {\vec {F}}{m}},$ где ${\vec {a}}$ — ускорение материальной точки; ${\vec {F}}$ — равнодействующая всех сил, приложенных к материальной точке; $m$ — масса материальной точки. Второй закон Ньютона может быть также сформулирован в эквивалентной форме с использованием понятия импульс: В инерциальной системе отсчета скорость изменения импульса материальной точки равна равнодействующей всех приложенных к ней внешних сил. ${\frac {d{\vec {p}}}{dt}}={\vec {F}},$ Шаблон:/рамка где ${\vec {p}}=m{\vec {v}}$ — импульс точки, ${\vec {v}}$ — её скорость, а $t$ — время. При такой формулировке, как и при предшествующей, полагают, что масса материальной точки неизменна во времени. Иногда предпринимаются попытки распространить сферу применения уравнения ${\frac {d{\vec {p}}}{dt}}={\vec {F}}$ и на случай тел переменной массы. Однако, вместе с таким расширительным толкованием уравнения приходится существенным образом модифицировать принятые ранее определения и изменять смысл таких фундаментальных понятий, как материальная точка, импульс и сила. Замечания Когда на материальную точку действуют несколько сил, с учётом принципа суперпозиции, второй закон Ньютона записывается в виде: $m{\vec {a}}=\sum _{i=1}^{n}{\vec {F_{i}}}$ или, ${\frac {d{\vec {p}}}{dt}}=\sum _{i=1}^{n}{\vec {F_{i}}}.$ Второй закон Ньютона, как и вся классическая механика, справедлив только для движения тел со скоростями, много меньшими скорости света. При движении тел со скоростями, близкими к скорости света, используется релятивистское обобщение второго закона, получаемое в рамках специальной теории относительности. Следует учитывать, что нельзя рассматривать частный случай (при ${\vec {F}}=0$) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО. Историческая формулировка Исходная формулировка Ньютона: Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. Шаблон:/рамка Третий закон Ньютона Этот закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки. Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух материальных точек. Первая точка может действовать на вторую с некоторой силой ${\vec {F}}_{1\to 2}$, а вторая — на первую с силой ${\vec {F}}_{2\to 1}$. Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила действия ${\vec {F}}_{1\to 2}$ равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия ${\vec {F}}_{2\to 1}$. Современная формулировка Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению: ${\vec {F}}_{2\to 1}=-{\vec {F}}_{1\to 2}.$ Шаблон:/рамка Закон утверждает, что силы возникают лишь попарно, причём любая сила, действующая на тело, имеет источник происхождения в виде другого тела. Иначе говоря, сила всегда есть результат взаимодействия тел. Существование сил, возникших самостоятельно, без взаимодействующих тел, невозможно. Историческая формулировка Ньютон дал следующую формулировку закона: Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны. Шаблон:/рамка Для силы Лоренца третий закон Ньютона не выполняется. Лишь переформулировав его как закон сохранения импульса в замкнутой системе из частиц и электромагнитного поля, можно восстановить его справедливость. Ссылки Первый закон Ньютона (видеоурок, программа 9 класса) Литература Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961. Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977. Том 1. Часть 1-я; Часть 2-я Том 2. Часть 1-я; Часть 2-я Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.