Перший закон Ньютона
ДИНАМІКА. ЗАКОНИ НЬЮТОНА
Ознайомившись з розділом механіки - кінематикою, Ви помітили, що кінематика - це такий розділ механіки, який розв'язує завдання по знаходженню положення тіла у буд-який момент час, а також знаходження кінематичних характеристик його руху (миттєвої швидкості, прискорення, переміщення, шляху). Однак, кінематика не розглядає причин руху.
Причини руху тіл розглядає розділ фізики, який називається динамікою. Динаміка розв'язує дві основні задачі:
ØЗнаходження закон руху тіла, за відомими силами, які діють на нього в результаті взаємодії з іншими тілами;
ØЗнаходження сил, які діють на тіло за відомим законом руху тіла.
Таким чином, динаміка пояснює причини руху тіл. Основними законами динаміки є три закони Ньютона.
З курсу 8-го класу Вам вже відомий той факт, що тіло зберігатиме свою швидкість (величину і напрям) незмінною, коли на нього не діятимуть інші тіла. Явище збереження швидкості тіла, коли на нього не діють інші тіла називають інерцією. Також з курсу фізики 8-го класу Вам відомо, що тіла зберігають свою швидкість коли рівнодійна сил, які діють на тіло, дорівнює нулю, тобто сили, які діють на тіло скомпенсовані. В цьому випадку тіло зберігатиме стан спокою або рівномірного прямолінійного руху.
Якщо ж тіло взаємодіє з іншими тілами, то швидкість тіла змінюється.
Тіло, яке не взаємодіє з іншими тілами називають ізольованим.
Однак, швидкість тіла може змінюватись не лише при взаємодії з тілами, а й з системою, в якій знаходиться тіло.
Приклад 1 Ви їдете в тролейбусі, який починає швидко гальмувати; у цьому випадку Ви за інерцією починаєте рухатись у напрямі руху тролейбусу, але з жодними тілами, які знаходяться в системі відліку «тролейбус» Ви не взаємодієте.
Приклад 2: Ви їдете у тролейбусі, який рухається рівномірно і прямолінійно, але повертає, тобто рухається по дузі кола; в цьому випадку Ви за інерцією починаєте рухатись в сторону протилежну до центра кола, по дузі якого рухається тролейбус. У цьому прикладі Ви теж в системі відліку «тролейбус» не взаємодієте з жодним з тіл системи, але Ваша швидкість змінюється.
Приклад 3 Якщо Ви їхатиме в тролейбусі, який буде рухатись рівномірно і прямолінійно, то ви зберігатиме стан спокою, якщо не взаємодіятимете з іншими тілами системи «тролейбус».
В описаних вище прикладах Ви знаходитесь в одній і тій самій системі відліку, пов'язаній з тролейбусом і не взаємодієте з тілами системи «тролейбус», сили які діють на Вас (сила тяжіння і сила нормальної реакції) - скомпенсовані, але в перших двох прикладах Ви змінюєте свою швидкість, а в третьому ні. У чому різниця?
Справа в тому, що в прикладі 1 та прикладі 2 система відліку рухається з прискоренням (у прикладі 1 швидкість системи змінюється за величиною, а в прикладі 2 - за напрямом), а у прикладі 3 система рухається рівномірно і прямолінійно.
Отже, тіло зберігатиме стан спокою, або рівномірного і прямолінійного руху, не взаємодіючи з іншими тілами, лише відносно системи відліку, яка або перебуває в стані спокою, або рухається рівномірно і прямолінійно. Такі системи відліку називаються інерціальними.
Інерціальні системи відліку (далі ІСВ) - це такі системи відліку,
Øвідносно яких тіла, які не взаємодіють з іншими тілами, або дія інших тіл на них скомпенсована, не змінюють свою швидкість, тобто перебувають в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху;
Øякі перебувають в стані спокою або рухаються рівномірно і прямолінійно відносно інших інерціальних систем відліку.
Всі інші системи відліку називаються неінерціальними.
Перший закон Ньютона постулює існування (наявність) інерціальних систем відліку.
ПЕШИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (формулювання 1):
Інерціальні системи відліку існують.
ПЕШИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА (формулювання 2):
Існують такі системи відліку, відносно яких швидкість тіл, які рухаються поступально не змінюється, якщо воно не взаємодіє з іншими тілами, або дія зовнішніх тіл скомпенсована.
Слід відмітити, що ІСВ - є фізичною моделлю. Тобто, в природі ІСВ не існує, але існують системи, які за певних умов можна вважати ІСВ. Наприклад: розглядаючи рух автомобіля, потяга, людини та ін. Землю можна вважати ІСВ, оскільки розміри тіл та їх переміщення настільки малі, що обертання Землі не спричиняє на них значного впливу.
Якщо ж розглядати рух течій річок чи океанських течій, рух величезних повітряних мас, рух Місяця, то Землю не можна вважати ІСВ. В силу обертання Землі навколо своєї осі, на повітряні та водні течії, внаслідок взаємодії з Землею, діють сили, які називають силами Коріоліса. Під дією цих сил, наприклад, повітряні та водні маси у Північній півкулі під час свого руху відхиляються вправо, а в Південній півкулі - вліво.
Навіть якщо розглядати рух людини, коли її переміщення досить велике (десятки чи сотні кілометрів), то Землю не можна вважати ІСВ, оскільки не можна нехтувати дією на людину сил Коріоліса. Досвідчені туристи знають, що людина без орієнтування або за компасом, або зірками, або сонцем чи природними «підказками», рухаючись прямолінійно, за досить довгий час відхилятиметься від прямолінійного напрямку руху у Північній півкулі праворуч, а в Південній - ліворуч.
Розглядаючи рух Землі чи супутників, ІСВ можна вважати далекі зірки чи планети, які не спричиняють на рух Землі значного впливу.
ВИСНОВКИ:
Øперший закон Ньютона постулює існування ІСВ;
ØІснують такі системи відліку, відносно яких швидкість тіл, які рухаються поступально не змінюється, якщо воно не взаємодіє з іншими тілами, або дія зовнішніх тіл скомпенсована.
ØІСВ - це фізична модель.