Законы Ньютона.

Полная теория механического движения Ньютона оказалась настолько совершенной, что сохранилась практически в первоначальной форме до наших дней. Она базируется на двух ключевых прозрениях.

1. Центральной проблемой механики является изменение состояния движения, т.е. отклонение от поведения, описанного в принципе инерции.

2. Такое отклонение происходит только при взаимодействии двух объектов, в результате которого изменяется движение обоих объектов.

Чтобы рассмотреть проблему количественно, Ньютону понадобились три понятия – ускорение, сила и масса. Ускорение, первоначально определённое Галилеем, он рассматривал как количественную меру быстроты изменения состояния движения. Сила, как мера способности окружения вызывать это изменение, была понятием, уже широко известным во времена Ньютона. Масса, как показатель способности тела сопротивляться изменению его состояния, была в большой степени собственным изобретением Ньютона. В действительности, он рассматривал массу как истинную меру «количества материи» в теле. В этом смысле масса подобна значению слова вес. Различие между весом и массой будет обсуждаться в этой главе позже.

Ньютон использовал импульс в понимании Гюйгенса, как истинную меру движения, заменив вес массой при его определении. Он также добавил схему взаимодействия тел, при которой передача импульса от одного тела другому происходит непрерывно, а не в процессе только двух состояний, «до» и «после», как это было в предыдущей главе. Эта схема была выражена Ньютоном в трёх законах, которые мы представим собственными словами Ньютона.

Закон 1: Каждое тело продолжает сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока не будет вынуждено изменить это состояние под действием приложенной к нему силы.

Закон 2: Изменение движения (скорость изменения импульса) пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении приложенной силы.

Закон 3: Каждому действию всегда соответствует равная реакция, или: взаимные действия двух тел всегда равны и направлены в противоположные стороны.

Смысл законов затуманен стилем изложения, выбранным Ньютоном для современников, для которых геометрия Эвклида представлялась самым прекрасным интеллектуальным памятником. В первом законе мы узнаём принцип инерции Галилея. Второй обычно выражается уравнением

(3 - 1),

т.к. в большинстве случаев масса объекта не изменяется, и изменение импульса должно включать только изменение скорости. Скорость этого изменения является ускорением. А скорость изменения произведения массы на скорость равна произведению массы на ускорение.

Единица измерения силы определяется уравнением 3 - 1. Это сила, которая сообщает телу массой один килограмм ускорение в один метр на секунду в квадрате. Она называется Ньютоном (Н) и отражает практику, посредством которой физики сохраняют память и уважение к своим ушедшим коллегам в названии соответствующей единицы измерения. Третий закон легко понять, если мы заменим слово «действие» на «изменение импульса». То, что одно тело приобретает, другое тело должно потерять. Это просто закон сохранения импульса.