2.2. Законы механики Ньютона

[latexpage]Исаак Ньютон (1642-1727) — один из величайших ученых-физиков, создатель многих физических приборов, философ, математик. И. Ньютон создал экспериментально и теоретически обоснованную теорию механического движения — это была первая в мире целостная научная картина мира — механическая. В своих трудах Ньютон дает четкое определение основных понятий механики — сила, масса, импульс, а также устанавливает законы механики, ставшие фундаментом классической механики, описывающей движение тел со скоростями меньшими скорости света, а также закон Всемирного тяготения. Рассмотрим суть законов Ньютона.

Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела.

Этот закон, с одной стороны, содержит определение инерциальной системы отсчёта. С другой стороны, он содержит утверждение (которое с той или иной степенью точности можно проверить на опыте) о том, что инерциальные системы отсчёта существуют в действительности. Кроме того, если есть одна инерциальная система отсчёта, то любая другая движущаяся относительно неё прямолинейно и равномерно также является инерциальной.

Чаще всего в задачах рассматриваются случаи, когда тело движется относительно Земли. Систему отсчета, связанную с Землей можно считать инерциальной. Значит, при решении задач мы можем в качестве инерциальной выбрать систему отсчета, связанную с любым телом покоившемся или двигающимся равномерно и прямолинейно относительно Земли.

Еще один важный вывод, который можно сделать из первого закона Ньютона — в инерциальной системе отсчета скорость тела не может измениться по модулю или направлению просто так, это изменение всегда связано с действием на тело других тел.

Второй закон Ньютона. Ускорение тела прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально его массе

$\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$.

Если на тело одновременно действуют несколько сил, то, как показывают эксперименты, ускорение тела будет пропорционально геометрической сумме всех этих сил, это утверждение называется принципом суперпозиции сил.

При этом при решении задач используют немного другую формулировку: произведение массы тела на ускорение равно сумме действующих на тело сил

$m\overrightarrow{a}=\overrightarrow{F}_1+\overrightarrow{F}_2+…+\overrightarrow{F}_n.$

Отметим также, что если тело в инерциальной системе отсчета движется равномерно прямолинейно или покоится, то $\overrightarrow{F}_1+\overrightarrow{F}_2+…+\overrightarrow{F}_n=0$ и $a=0$. Но это вовсе не означает, что первый закон вытекает из второго. Первый закон устанавливает существование инерциальных систем отсчета, в которых справедлив второй закон Ньютона.

Третий закон Ньютона. Силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и направлены по одной прямой в противоположные стороны

$\overrightarrow{F}_{12}=-\overrightarrow{F}_{21}$.

Основные свойства сил, которые возникают согласно третьему закону Ньютона:

  1. Возникают парами;
  2. Это силы одной природы;
  3. Не компенсируют друг друга, т.к. приложены к разным телам.

Пример. Если тележку тянуть с силой 5 Н, то