Первый закон Ньютона
Тело, такое как футбольный мяч, останется в покое, если на него не воздействует внешняя сила.

Первый закон движения Ньютона

Первый закон движения Исаака Ньютона описывает поведение массивного тела в покое или в равномерном линейном движении, т. е. Не ускоряется и не вращается. Первый закон гласит: «Тело в состоянии покоя будет оставаться в покое, а тело в движении останется в движении, если на него не воздействует внешняя сила».

Это просто означает, что вещи не могут начинаться, останавливаться или изменять направление самостоятельно. Для этого требуется какая-то сила, действующая на них извне. Хотя эта концепция кажется нам простой и очевидной сегодня, во времена Ньютона она была действительно революционной.

Ньютон опубликовал свои законы движения в 1687 году в своей оригинальной работе «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» («Математические принципы естественной философии»), в которой он формализовал описание того, как массивные тела движутся под воздействием внешних сил.

Сила трения

Ньютон раскрыл более раннюю работу Галилео Галилея, которая разработала первые точные законы движения для масс, по словам Грега Ботуна, профессора физики в Университете штата Орегон. Эксперименты Галилея показали, что все тела ускоряются с одинаковой скоростью независимо от размера или массы. Ньютон также критиковал и расширил работу Рене Декарта, который также опубликовал набор законов природы в 1644 году, через два года после рождения Ньютона. Законы Декарта очень похожи на первый закон движения Ньютона.

В то время большинство людей считали, что естественное состояние тела должно быть в состоянии покоя. Было очевидно, что придание движению покоящему телу требуется применение внешней силы. Однако считалось, что для поддержания тела требуется постоянная внешняя сила. Основываясь на их опыте с бытовыми объектами, это был не совсем необоснованный вывод. В конце концов, если ваша лошадь перестанет тянуть, ваш фургон перестанет катиться, и если ветер перестанет дуть, ваша лодка перестанет двигаться. Поэтому люди полагали, что эти объекты просто возвращались в свое естественное состояние покоя. Для того, чтобы понять, что должна быть внешняя сила, действующая, чтобы остановить движение этих объектов, потребовался замечательный скачок интуиции.

Возьмите случай плоского камня, скользившего по гладкой поверхности замерзшего озера. Если бы этот камень был куском полированного мрамора, он бы скользнул значительно дальше, чем грубая брусчатка. Очевидно, что сила трения больше на грубой брусчатке, чем на полированном мраморе. Однако, хотя сила трения между мрамором и льдом меньше, чем между шероховатым камнем и льдом, он все еще не равен нулю.

Что произойдет, если сила трения будет сведена к нулю? Мысли Ньютона в этом случае состояли в том, что без присутствия внешней силы, такой как трение, действующее на движущееся тело, для этого не было причин останавливаться.

Инерция

Инерциальные системы отсчета

Это свойство массивных тел сопротивляться изменениям в их состоянии движения называется инерцией, что приводит к понятию инерциальных систем отсчета. Инерциальную систему отсчета можно описать как трехмерную систему координат, которая не ускоряется и не вращается; однако он может находиться в равномерном линейном движении относительно некоторой другой инерциальной системы отсчета. Ньютон никогда явно не описывал инерциальные системы отсчета, но они являются естественным следствием его Первого Закона Движения.

Когда мы говорим, что тело в движении, можно спросить, в движении по сравнению с чем? Могли бы вы поймать мяч со скоростью 100 миль в час голой рукой? Могли бы, если бы ехали на поезде, идущем на скорости 100 миль в час, и кто-то на этом поезде мягко бросил вам мяч. Поезд и путь существуют в своих собственных инерциальных системах отсчета, а скорость шара зависит от инерциальной системы отсчета, с которой она просматривается. Если бы вы стояли на платформе, и пассажир на этом поезде бросил мяч в окно, вам было бы нецелесообразно пытаться поймать его своей голой рукой.

Первый закон Ньютона в действии

Ракеты, путешествующие через космос, охватывают все три закона движения Ньютона.

Перед запуском ракеты она находится в состоянии покоя на поверхности Земли. Она оставалась бы в состоянии покоя бесконечно без какой-либо внешней силы, действующей на нее. Первый закон Ньютона также применяется, когда ракета скользит по пространству без внешних сил на ней, она будет двигаться по прямой с постоянной скоростью всегда.

Теперь, когда мы знаем, как ведет себя объект, если на него нет внешней силы, что происходит, когда есть внешняя сила, например, двигатель, который запускаются, чтобы запустить ракету в космос? Эта ситуация описана вторым законом движения Ньютона.

Оставьте комментарий

Please enter your comment!
Напишите имя здесь