1. Взаємодія тіл і прискорення.

З першого закону Ньютона випливає, що зміна швидкості тіла (або прискорення) може бути викликана лише взаємодією його з іншими тілами. Перший закон фіксує саме явище, не вносячи жодних кількісних спів­відношень. Спостереження за рухом тіл показують, що коли одне тіло впливає на друге і надає йому прискорення, то це друге тіло «відповідає» йому тим самим, тобто надає і йому прискорення. Вплив одного тіла на друге не є однобічним — тіла взаємодіють, надаючи од­не одному прискорення. Якщо, наприклад, стикаються дві більярдні кулі чи футбольні м'ячі (зіткнення — це приклад взаємодії), прискорення дістає кожна з них. Які ці прискорення? Як вони напрямлені? Які їх чис­лові значення?

Старанно проведені досліди показують, що у всіх ви­падках прискорення взаємодіючих тіл протилежні за напрямом. Якщо, наприклад, рухома куля стикається з такою ж нерухомою так, що швидкість кулі напрямле­на вздовж лінії, яка сполучає центри куль (мал. 1), то швидкість першої з них зменшиться, а швидкість другої — зросте. А це й означає, що прискорення куль протилежні за напрямом.

2. Маса тіл

Щ о ж до абсолютних значень (модулів), то вони мо­жуть бути будь-якими. Це залежить від того, як рухали­ся тіла до взаємодії (від початкових умов), від характе­ру взаємодії, від того, які саме тіла взаємодіють. Але для даної пари взаємодіючих тіл відношення числових значень отриманих ними прискорень завжди однакове. Воно не залежить ні від характеру взаємодії, ні від по­чаткових умов. Це може бути зіткнення двох рухомих тіл, удар рухомого тіла об нерухоме або взаємодія двох тіл, скріплених між собою пружиною. Нарешті, тіла мо­жуть взаємодіяти, зовсім не дотикаючись одне до одно­го, як наприклад взаємодіють два наелектризованих чи намагнічених тіла, планети з Сонцем, штучні супутники з Землею. У всіх випадках для даної пари тіл відношен­ня прискорень одне й те

саме, тоді як самі прискорення кожного з тіл можуть бути різними для різних взаємо­дій. Незмінним залишається лише відношення приско­рень, а це означає, що воно залежить від деякої особли­вої властивості самих взаємодіючих тіл. Властивість ця, внутрішньо притаманна кожному тілу, визначається його масою. Відкрив цю властивість і увів у науку величину для кількісної її характеристики — масу, Ньютон. Уявімо собі, що два взаємодіючих тіла — це дві кулі однакового об'єму. Перша з них — дерев'яна, друга — алюмінієва. Якщо вони в якийсь спосіб почнуть взаємо­діяти (можуть зіткнутися; взаємодіяти через пружину (мал. 2, а); взаємодія може здійснюватися за допомо­гою нитки, якою зв'язані кулі, що обертаються на від­центровій машині (мал. 2, б); може бути електрична взаємодія, якщо кулі електрично заряджені), то кожна з них змінить свою швидкість — дістане прискорення. І в будь-якому випадку прискорення а дерев'яної кулі виявиться в 5 раз більшим за прискорення алю­мінієвої кулі: — відношення абсолютних значень (модулів) приско­рень, набутих у процесі взаємодії, є величиною сталою

а₁/а₂=соnst

Ста­ранними вимірюваннями можна встановити, що, якими б за модулем не були ці прискорення (а₁ , і а₂), вони завжди протилежні за напрямом, а їх відношення стале.

Та притаманна всім тілам властивість, яка виявля­ється під час їх взаємодії, про яку йдеться, і полягає в тому, що для зміни швидкості тіла потрібен час. Ні набрати швидкість, ні, навпаки, втратити її тіло не мо­же миттєво. Називають цю властивість інертністю. З двох взаємодіючих тіл те з них більш інертне, яке за час взаємодії менше змінює свою швидкість. Звідси і на­зва цієї властивості — інертність: адже коли швидкість тіла зовсім не змінюється, кажуть, що тіло рухається за інерцією.

Кількісну міру цієї властивості Ньютон назвав ма­сою (часто кажуть — інертна маса): більш інертне тіло має й більшу масу (інертну). Маса алюмінієвої кулі в 5 раз більша за масу такої самої за розмірами дерев'я­ної кулі.

У техніці, побуті, наукових дослідженнях часто (але не завжди) масу вимірюють іншим способом — зважу­ванням. Цей спосіб не пов'язаний із законами руху, а лише з законом всесвітнього тяжіння і ним вимірюється не інертна, а так звана гравітаційна маса. Виявляється, що значення цих двох зовсім різних за своєю роллю в механіці мас однакові. Пізніше ми розглянемо це питан­ня детальніше. В даному випадку йдеться про інертну масу, яка є мірою інертності тіла. Саме внаслідок існу­вання інертної маси, внаслідок існування властивості інертності взаємодія тіл виявляється причиною виник­нення прискорень (а не швидкостей) у взаємодіючих тіл.

У повсякденному житті, а іноді й у книжках з фізи­ки під «масою» розуміють кількість речовини в тілі. Од­нак кількість речовини в тілі визначається кількістю частинок (атомів або молекул) даної речовини в ньому. А маса визначає інертність тіла і нічого більше. Однак маса тіла з даної речовини пропорційна до кількості частинок цієї речовини в тілі. Вимірювати масу легко, а рахувати кількість частинок складно. З цієї причини і користуються масою як мірою кількості речовини.