Первый закон динамики

Основы динамики

В динамике рассматриваются законы, связанные с взаимодействием тел. Ещё в первые века цивилизации учёных интересовал вопрос о том, что является причиной механического движения и изменения его параметров.

В средние века и позже законы движения тел изучали многие ученые. Среди них такие великие умы, как итальянский математик, физик астроном Галилео Галилей (1562-1642), английский математик, механик, физик, астроном Исаак Ньютон. В XX в. идеи и выводы, сделанные этими учеными, были расширены.

Представления о движении тел, развитые, в частности, в работах Галилея и Ньютона, сейчас относят к так называемой классической физике, в отличие от физики релятивистской, создателем которой был Эйнштейн. Как указывалось выше (п 3, формула (2)), верность законов классической физики считалась незыблемой до тех пор, пока физика не столкнулась со скоростями близкими к скорости света. Таким образом, область действия этих законов – скорости движения, значительно меньшие скорости света. Движение частиц с околосветовыми скоростями рассматривается в специфических разделах физики, пока слабо связанных с повседневной действительностью. В нашей обыденной жизни характер и причины движений различного вида с очень большой точностью описываются законами классической механики.

Первый закон Ньютона (первый закон динамики) называется законом инерции. Под инерцией понимается свойство тел сохранять постоянное во времени значение и направление вектора скорости.

Формулируется этот закон следующим образом: если на тело не действуют никакие силы или векторная сумма всех действующих на тело сил равна нулю, тело покоится или движется равномерно и прямолинейно.

Приведенная формулировка первого закона динамики требует ряда пояснений.

Во-первых, в ней понятия равномерного прямолинейного движения и покоя считаются неразличимыми. Рассмотрим это положение на следующем простом примере. Допустим, вы едете в автомобиле, который движется с постоянной по численному значению и направлению скоростью. Относительно автомобиля вы находитесь в покое, но в то же время движетесь относительно дороги. Следовательно, в зависимости от выбранной системы отсчета (автомобиль – дорога) ваше положение можно определить и как покой, и как равномерное прямолинейное движение. Таким образом, между состоянием покоя и равномерного прямолинейного движения не существует никакой принципиальной разницы. Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называются инерциальными. Все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны по отношению друг к другу.

Объективных, т.е. вытекающих из законов Природы критериев, выбора определенной инерциальной системы в качестве системы отсчета, не существует. Все определяется конкретной ситуацией и удобством принятия некоторой системы в качестве системы отсчета.

Например, если вы едете в троллейбусе и прикидываете, через сколько времени доберетесь до нужной остановки, то естественно в качестве системы отсчета будет выбрана дорога. А, если вы идете через салон троллейбуса к дверям, то системой отсчета удобно выбрать троллейбус.

Во-вторых, в приведенной формулировке закона присутствует термин «сила». Понятие силы часто используется на бытовом уровне, однако следует дать его более строгое определение. Сила – физическая величина, являющаяся мерой механического взаимодействия тел, вызывающего изменение их скорости или (и) деформацию.

То есть, если , то . (5)

Таким образом, равномерное и прямолинейное движение не надо «создавать», оно является естественным состоянием любого тела, т.е. чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, на него не надо действовать силой.

Теперь необходимо ответить на вопрос, при каких условиях скорость тела может изменяться. Любое изменение вектора скорости по численному значению, или (и) по направлению описывается величиной, называемой ускорением.

Ускорение – векторная физическая величина, которая показывает изменение вектора скорости тела в единицу времени:

/D . (6)

Уместно привести вариант еще одной формулировки первого закона Ньютона: вектор скорости изолированной системы не изменяется во времени (т.е. ускорение не возникает).

Дата добавления: 2014-12-27