Первый закон Ньютона: определение, примеры, формула

Великий английский физик Исаак Ньютон (1643-1727) навеки вписал свое имя в историю науки, сделав множество важных научных открытий, поняв вещи, которые сейчас кажутся вполне себе очевидными. Но для времени, когда жил ученый это было большим прорывом. Среди наиболее значимых открытий Ньютона, разумеется, стоит упомянуть закон всемирного тяготения, о котором мы уже писали. Но помимо него именно Ньютон сформировал основы классической механики, которая зиждется на трех основных законах, названых по имени ученого – законами Ньютона. И в нашей сегодняшней статье мы детально разберем первый закон Ньютона и его значение для физики.

Определение

Если сформулировать первый закон Ньютона кратко, то он будет звучать так:

Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.

Другими словами суть первого закона Ньютона можно пояснить простым примером – если мы толкнем тележку на абсолютно ровной дороге и представим, что на нее не действуют никакие другие силы, кроме нашего толчка, в том числе сила трения, сила сопротивления воздуха и т. д., то такая тележка будет катиться бесконечно. (Причем будет катиться с неизменно одинаковой скоростью).

Первый закон Ньютона еще называют законом инерции. Напомним, что инерция это способность тел сохранять движение при отсутствии воздействия внешних сил.

Эта картинка отлично иллюстрирует, что такое инерция.

Разумеется, в реальности таких систем, где на тело не действуют никакие другие внешние силы, не существует. Так, например, все тела на Земле находятся под постоянным воздействием силы земного притяжения (чтобы убедится в этом, достаточно отпустить любой предмет и он неизменно упадет вниз). Или, например, во время ходьбы на нас действует множество разных внешних сил: все та же сила притяжения, сила трения, сила сопротивления воздуха и т. д.

Интересный факт: Ньютон был не первым, кто сформулировал этот закон, до него он был высказан, пускай и в менее четкой форме, другим великим ученым Галилео Галилеем. Согласно закону инерции Галилея при отсутствии внешних сил тело либо будет покоиться на месте, либо будет двигаться равномерно. Заслуга Ньютона в том, что он смог соединить принцип относительности Галилея с работами других ученых, и, конечно же, с собственными трудами.

Формула

Формулу этого закона можно записать следующим образом:

F = 0 → V = const, a = 0

Где F – суммарные силы, действующие на тело, в инерциальной системе Ньютона (существующей только теоретически) они равны 0. V – скорость движения тела, a – его ускорение.

Скорость движения тела (V), является константой, то есть постоянной величиной, если представить, что на тело не действуют другие силы, ускорение же также равно 0, поскольку опять таки скорость тела у нас константа.

Пример и инерциальная система отсчета

Сам Ньютон под своей идеальной инерциальной системой отсчета (ИСО), представлял не много не мало, а нашу гелиоцентрическую систему с Солнцем в ее центре, и планетами, которые движутся вокруг светила.

Непрерывное движение планет вокруг Солнца с неизменно постоянной скоростью по Ньютону и является самым важным примером осуществления первого закона Ньютона или закона инерции в нашей Вселенной.

Стоит заметить, что именно благодаря ИСО ученый и открыл свой не менее знаменитый закон всемирного тяготения (а вовсе не потому, что ему на голову упало яблоко, как говорит популярная легенда об ученом).

При помощи инерциальной системы отсчета и первого закона имени себя Исаак Ньютон объяснил законы небесной механики, казавшиеся загадкой для людей его времени.

Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон.
(Эпиграмма XVIII века).

Но стоит заметить, что законы небесной механики в действительности оказались гораздо более сложными, чем видел их Ньютон. И когда на смену ему в ХХ век пришел другой гениальный физик по имени Альберт Эйнштейн со своей теорией относительности, человечеству вновь пришлось пересмотреть свои взгляды на устройство Вселенной, в частности выяснилось, что движение Земли (как впрочем, и других планет) вокруг Солнца все-таки не является инерциальной системой отсчета. На самом деле все гораздо сложнее.

Но сатана недолго ждал реванша —
Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.
(Эпиграмма XХ века).

Рекомендованная литература и полезные ссылки

• Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
• Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977.
• Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1974.
• Crowell, Benjamin (2011), Light and Matter (2011, Light and Matter), especially at Section 4.2, Newton’s First Law, Section 4.3, Newton’s Second Law, and Section 5.1, Newton’s Third Law.
• Feynman, R. P. (англ.)русск.; Leighton, R. B.; Sands, M. The Feynman Lectures on Physics (неопр.). — 2nd. — Pearson/Addison-Wesley, 2005. — Т. Vol. 1. — ISBN 0-8053-9049-9.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора