Первый закон Ньютона. Инерциальные системы. Формулировка.

   Первый закон Ньютона говорит о том, что любое физическое тело находящиеся в покое, или движущиеся равномерно и прямолинейно, будет сохранять свое состояние покоя, или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока, на него не воздействует какое ни будь другое тело. Под состоянием покоя подразумевается, что на тело не воздействуют сторонние силы. Или действие сил скомпенсировано.

 То есть представьте телефон, лежащий на столе. На него со стороны земли действует сила притяжения. Но со стороны стола действует сила реакции опоры. В итоге действие этих двух сил уравновешивает телефон таким образом, что он лежит неподвижно. Чтобы заставить двигаться телефон к нему нужно приложить стороннюю силу. Взять его рукой и переложить в карман.

Скомпенсированные силы
Рисунок 1 – Скомпенсированные силы.

   Если с состоянием покоя все более ли менее понятно, то вот с состоянием равномерного прямолинейного движения не очень. Ньютон говорит, что если тело изначально двигалось прямо и с постоянной скоростью, то к нему нужно приложить силу чтобы изменить его направление или скорость. В общем случае остановить. На деле же где это видано, чтобы тело двигалось само по себе без действия сторонних сил. Любое тело рано или поздно останавливается.


   Самолету для движения нужно топливо. При езде на велосипеде нужно постоянно крутить педали, санки по снегу тоже сами не едут. Так вот закон Ньютона действителен для инерциальных систем отсчета. Как Вы догадались, окружающий мир в общем случае таковой не является. По одной простой причине, на тела в окружающем мире воздействуют множество сторонних сил. Движению самолета препятствует сопротивление воздуха, велосипедисту мешает сила трения качения, а санкам сила трения скольжения.


   Одним из примеров инерциальной системы может служить движение в космическом пространстве. Если придать телу скорость, то он будет двигаться беспрепятственно, пока его не остановят сторонние силы. Так как отсутствуют силы трения о воздух. И на него не действует сила притяжения земли. В то же время велосипед, санки и самолет тоже можно считать инерциальной системой при одном условии. Если они движутся прямолинейно. Сила трения будет скомпенсирована тягой турбины, мышечным усилием велосипедиста или человека тянущего сани.

Равномерное движение самолета
Рисунок 2 - Равномерное движение самолета.

   Еще одной важной характеристикой инерциальной системы является инертность тела. Чтобы заставить двигаться предмет нужно приложить некоторое усилие. Если передвинуть телефон по столу достаточно легко, то вот стол вместе с телефоном уже сложнее. Вы скажете, во всем виновата сила трения. Так-то оно так, но к примеру если взять все того же велосипедиста. Чтобы набрать скорость от нуля скажем до 20 км/ч. По прямой  дороге человеку на велосипеде придется затратить некоторые усилия. А теперь давайте на раму и на багажник посадим еще два человека. Ту же скорость набрать будет уже сложнее. Хотя площадь соприкосновения колес осталась прежней, соответственно и сила трения тоже.


   Кстати остановится с пассажирами, велосипедисту будет тоже сложнее, чем самому. Если вы знаете, то фура с прицепом тормозит всегда именно прицепом. Иначе масса прицепа просто раздавит тягач во время торможения. И так мы выяснили, что сила инерции препятствует изменению скорости в инерциальной системе. Как ее увеличению, так и уменьшению. Соответственно способность тела препятствовать изменению скорости называется инертностью тела.

 
След. »