Закони динаміки Ньютона

У 1723 році вийшла книга англійського вченого Ісаака Ньютона «Математичні початки натуральної філософії», в якій були сформульована система законів динаміки, подібна системі аксіом геометрії Евкліда. На відміну від математичних аксіом закони фізики є узагальненням величезного числа фізичних експериментів, також вони підтверджуються справедливістю численних наслідків застосування цих законів при описі механічного руху. Тим не менш, з формальної точки зору їх можна розглядати саме як аксіоми, що не такі з інших більш загальних законів.

Три закони динаміки И.Ньютона слід розглядати в тісному взаємозв’язку, так як тільки в сукупності вони складають фундамент динаміки – науки, що дозволяє описувати механічний рух, з’ясовувати причини зміни швидкостей тіл, пояснювати і управляти цим рухом. Відразу підкреслимо, що знання тільки трьох законів динаміки не дає можливості вирішити ні однієї конкретної задачі – такі можливості з’являються тільки в тому випадку, коли вони доповнюються великим числом інших законів, що дає вирази для сил конкретних взаємодій.

Закони динаміки пов’язують прискорення тіл з характеристиками тіл (масами) і їх взаємодій (силами), тому не дивно, що в основу динаміки І. Ньютоном були покладені саме три закони.

1 закон Ньютона. В якості 1 закону Ньютоном був узятий закон інерції Г. Галілея, який був сформульований і обгрунтований нами раніше: існують інерціальні системи відліку, тобто такі системи відліку, в яких тіло рухається рівномірно і прямолінійно, якщо інші тіла на нього не діють. Основна роль цього закону – підкреслити, що в цих системах відліку всі прискорення, придбані тілами, є наслідками взаємодій тел. Подальший опис руху слід проводити тільки в інерційних системах відліку.

2 закон Ньютона стверджує, що причиною прискорення тіла є взаємодія тіл, характеристикою якого є сила. Цей закон дає основне рівняння динаміки, що дозволяє, в принципі, знаходити закон руху тіла, якщо відомі сили, що діють на нього. Цей закон може бути сформульовано таким чином

На перший погляд, рівняння (1) є іншою формою запису визначення сили, даного в попередньому розділі. Однак, це не зовсім так. По-перше, закон Ньютона стверджує, що в рівняння (1) входить сума всіх сил, що діють на тіло, чого немає у визначенні сили. По-друге, 2 закон Ньютона однозначно підкреслює, що сила є причиною прискорення тіла, а не навпаки.

Нарешті, всі фізичні величини визначаються на підставі окремих випадків тих чи інших фізичних законів, так що 2 закон Ньютона не є в цьому випадку винятком. З одного боку, цей закон дозволяє вивчати різні види взаємодій, тобто експериментально отримувати закони цих взаємодій. З іншого боку, при відомих силах, цей закон дає рівняння, що дозволяє знаходити закон руху тіла.

Так само підкреслимо, що перший закон не є наслідком другого. Формально, якщо сума сил, що діють на тіло дорівнює нулю, то прискорення тіла дорівнює нулю, тобто тіло рухається рівномірно і прямолінійно. Однак, нагадаємо, що саме перший закон вказує ті системи відліку, в яких виконується другий закон.

3 закон Ньютона підкреслює, що причиною прискорення є взаємна дія тіл один на одного. Тому сили, що діють на взаємодіючі тіла, є характеристиками одне і того ж взаємодії.

Очевидно, що ці сили мають однакову природу. Цей закон також є узагальненням численних експериментальних фактів. Звернемо увагу, що фактично саме цей закон є основою визначення маси тіл, даного в попередньому розділі.

Сформульовані закони динаміки відіграють роль своєрідних аксіом, тобто тверджень, які не виводяться з більш загальних фізичних законів. Зверніть увагу, що розглянуті закони сформульовані для точкових тіл (матеріальних точок). Їх застосування для реальних тіл, що мають кінцеві розміри, вимагає уточнення і обгрунтування.

Посилання на основну публікацію