 |
|
Перший закон Ньютона.
Якщо на тіло не діють інші тіла, або якщо їх дія взаємно скомпенсовані, то тіло зберігає стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху. Ця властивість тіл називається інерцією.
Головна думка І закону Ньютона полягає в тому, що лише зовнішні сили можуть змінити спокій чи швидкість руху тіла, саме ж тіло, якщо воно „вільне”, володіє інерцією: воно зберігає свій спокій чи прямолінійний рух з постійною швидкістю.
Наведемо формулювання І закону за Ньютоном:
будь-яке тіло зберігає стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху доти і постільки доти дія з боку інших тіл не примушує його змінити цей стан.
За допомогою безпосереднього досліду ми не можемо ні підтвердити, ні заперечити І закону механіки, бо в земних умовах важко здійснити дослід, при якому на тіло не діяли б зовнішні сили.
Власне кажучи, цей закон справедливий лише для матеріальних точок, бо тіла можуть і не зберігати свого спокою, знаходячись, наприклад, в обертальному русі. Матеріальна ж точка обертатись не може. Для реальних тіл І закону Ньютона виконується тільки у випадку їх поступального руху.
В цьому формулюванні І закону не має вказівок на вибір системи відліку, але розуміння, що твердження відноситься до руху чи спокою в певній системі відліку. Без вказівки на систему відліку закон втрачає сенс.
Можна, проте, припустити, що існує така система відліку, в якій прискорення матеріальної точки цілком зумовлене тільки її взаємодією з іншими тілами.
Вільна матеріальна точка, на яку не діють інші тіла, рухається відносно такої системи відліку прямолінійно або, як кажуть, за інерцією.
Таку систему називають інерціальною.
Тому сформулюємо І закон Ньютона таким чином:
Існують системи відліку, відносно яких тіло зберігає стан спокою чи рівномірного прямолінійного руху, якщо на нього не діють інші тіла чи їх дія скомпенсована. Такі системи відліку називають інерціальними.
Іноді стверджують, що при рівномірному і прямолінійному русі тіло рухається за інерцією. Це не слід розуміти так, що тіло рухається внаслідок інерції.
Для того, щоб тіло зберегло стан прямолінійного і рівномірного руху, не потрібно ніяких причин. Рівномірний і прямолінійних рух тіла(рух за інерцією) і спокій – це природний стан будь-якого тіла, вільного від зовнішніх дій або якщо дія на нього інших тіл скомпенсована.
Отже, інерція – це властивість всіх тіл, що виявляється в інерціальних системах відліку. Полягає вона в тому, що тіла при відсутності зовнішніх дій, зберігають швидкість свого руху незміною(включаючи і частинний випадок спокою). Інерція властива будь-якому тілу, але для неї не вводиться ніякої кількісної міри, тобто інерція є властивістю, що не вимірюється.
Межі застосування І закону Ньютона: Застосовний завжди. Але в першому законі Ньютона закладено в неявному вигляді уявлення про однорідність і ізотропність простору і однорідність часу. Ізотропність означає еквівалентність його властивостей у всіх напрямах. Однорідність простору означає однаковість протікання його явищ в різних точках простору за однакових початкових умов.
Маса і сила.
Маса.
Розглянемо властивість, притаманну всім тілам, яка на відміну від інерції, має кількісну характеристику.
Інертність – теж властивість, і вона також виявляється в ІСВ. Полягає вона в зміні швидкості тіл(в появі прискорення) під дією зовнішніх тіл. При цьому різні тіла по різному змінюють свою швидкість під дією одного і того ж тіла.
Інертність – властивість, що вимірюються. Маса і є мірою, кількісною характеристикою цієї властивості.
Зазначимо, що взагалі в фізиці маса може характеризувати і інші властивості тіл:
Наприклад, розглянемо такі співвідношення:
(1)
(2)
, 
(3)
(4)
В (1) – маса – міра інертності.
В (2) – міра інтенсивності гравітаційної взаємодії(гравітаційна маса).
В (3) – міра внутрішньої енергії тіл при теплопередачах.
В (4) – міра енерговмісту речовини.
В механіці маса – це фізична величина, що є мірою інертності і мірою тяжіння матеріальних об’єктів.
В принципі, не звідки не слідує, що маса, яка створює поле тяжіння, визначає і інерцію того ж тіла. Але велика сукупність дослідів показала, що інертна і гравітаційна маси пропорційна одна одній і чисельно рівні у вибраній системі одиниць(Сі). Цей фундаментальний закон природи називається принцип еквівалентності.
Експериментально принцип еквівалентності встановлений з точністю до 
Як слідує з досліду, в рамках класичної механіки масі притаманні дві важливі властивості:
1. Маса – величина адитивна, тобто маса тіла дорівнює сумі мас його окремих частин.
2. Маса тіла – величина постійна і не змінюється при його русі(при 
)
Маса даного тіла в класичній механіці не залежить від вибору ІСВ.
Сила.
Сила – векторна величина, що є мірою механічної взаємодії чи дії на матеріальну точку або тіло з боку інших тіл чи полів. Ця взаємодія може здійснюватись як при безпосередньому контакті тіл(тиск, тертя), так і між віддаленими тілами через поле тяжіння(гравітаційне).
Сила характеризується числовим значенням(модулем), напрямом в просторі і точкою прикладання. Отже, сила – векторна величина.
Якщо на тіло діє кілька сил, то їх дію можна замінити дією однієї сили, яка називається рівнодійною.
Сили, дію яких замінює рівнодійна називають складовими.
Задача знаходження рівнодійної сили за даними складовими, називається додаванням сил.
Ця задача завжди розв’язується однозначно.
Задача знаходження складових сил за заданою рівнодійною, називається розкладанням сил.
Якщо задана тільки рівнодійна сила, то задача знаходження складових сил є невизначеною, тобто має множину розв’язків.
або 
і т.п.
Для того, задача розкладання рівнодійної сили на складові стала визначеною, необхідно крім рівнодійної, знати напрям однієї з складових