Закони Ньютона

Динаміка точки та системи матеріальних точок

Якщо кінематика дає описовий рух тіл, відповідаючи на питання «по якій траєкторії рухається тіло?», то динаміка вивчає іншу сторону питання: «чому рух відбувається саме так?». Динаміка вивчає рух тіл в зв’язку із тими причинами (взаємодіями між тілами), які зумовлюють той чи інший характер руху.

В основі класичної (ньютонівської) механіки лежать три закони динаміки, сформульовані Ньютоном в 1687 р. у своїй праці “Математичні начала натуральної філософії ” і носять його ім’я. Закони Ньютона (як і всі інші фізичні закони) відкриті в результаті узагальнення великої кількості дослідних фактів.

Механіка Ньютона протягом двох століть досягла такого успіху, що багато фізиків XIX століття були переконані, що усі фізичні явища, що спостерігаються в природі, можна пояснити з допомогою даних законів.

Однак з розвитком науки з’явились нові факти, що не вкладалися в рамки класичної механіки. Це дало поштовх до виникнення нових теорій на початку XX століття – спеціальної теорії відносності та квантової механіки, в рамках яких нові факти отримали своє обґрунтування.

Таким чином, розвиток науки в подальшому не відкинув класичну механіку, а лише показав її обмежене застосування. Так, класична механіка, заснована на законах Ньютона, є механікою великих мас (від броунівських частинок до космічних тіл), що рухаються з малими (в порівнянні із швидкістю світла) швидкостями.

За перший закон руху Ньютон прийняв закон інерції, відкритий ще Галілеєм.

Перший закон Ньютона формулюється наступним чином: усяке тіло знаходиться в стані спокою чи рівномірного прямолінійного руху, за відсутності дії на нього інших тіл. Перший закон Ньютона справедливий не у всіх системах відліку. Система відліку, в якій справджується перший закон Ньютона, називається інерціальною. Тому сам закон інколи називають законом інерції. Відповідно система відліку, в якій перший закон Ньютона не виконується, називається неінерціальною системою відліку. Інерціальних систем можна придумати багато. Будь-яка система відліку, що рухається відносно деякої інерціальної системи прямолінійно і рівномірно, буде також інерціальною.

Таким чином, перший закон Ньютона постулює існування інерціальних систем відліку. Вочевидь, що інерціальна система, як така, є фізичною абстракцією (моделлю). Так, наприклад, система відліку, що пов’язана із Землею – геоцентрична система відліку – разом з нею обертається навколо осі та рухається навколо Сонця по криволінійній траєкторії (еліпсу), а отже зазнає деякого прискоренням відносно Сонця і не є інерційною. Однак прискорення такої системи надзвичайно мале (приблизно на три-чотири порядки менше за прискорення вільного падіння на поверхні Землі 9,8 м/с²), тому в більшості випадків ним можна знехтувати і вважати таку систему практично інерціальною.

Більш точно можна вважати інерціальною систему відліку, пов’язану із Сонцем – геліоцентричну систему відліку. Початок координат такої системи знаходиться у центрі Сонця, а її осі напрямлені на далекі зорі. Тому питання про практичний вибір інерціальної системи відліку завжди пов'язаний із заданим ступенем точності і диктується умовами задачі.

Властивість матеріальних тіл зберігати стан спокою чи рівномірного й прямолінійного руху називається інерцією. Усяке тіло чинить опір при спробах привести його у рух чи змінити величину чи напрям його швидкості. Цю властивість називають інертністю. Мірою інертності тіла є його маса. Сам Ньютон визначив масу як кількість речовини, що втримується в тілі. Це визначення не можна вважати вичерпним. Маса характеризує не лише інерцію матеріального тіла, але і його гравітаційні властивості: сила притягання між двома тілами пропорційна їхнім масам. Маса визначає повний запас енергії матеріального тіла.

У класичній механіці маса тіла не залежить від вибору системи відліку, положення тіла в просторі, швидкості, дії на тіло інших тіл і т.д. Маса є величиною адитивною, тобто маса тіла дорівнює сумі мас всіх його частин. Однак властивість адитивності втрачається при швидкостях, близьких до швидкості світла у вакуумі, тобто в релятивістській механіці.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Плоскопаралельний рух	\|	Другий закон Ньютона

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.