§33. Первый закон Ньютона

Опыты Г.Галилея по изучению движения тела, скатывающегося с наклонной плоскости на горизонтальную поверхность, показали, что на дальнейшее движение тела оказывает влияние воздействие со стороны поверхности, по которой движется тело. Чем глаже поверхность, тем дольше движется тележка. Г.Галилей пришел к мысли, что если устранить внешнее воздействие на тело, то его движение сохранялось бы сколь угодно долго. Рассуждения Г.Галилея подвели его к открытию закона инерции:

если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или состояние равномерного прямолинейного движения.

Г.Галилей рассматривал движение тел относительно Земли, что ограничивало сферу действия закона инерции.

Фото и биография Ньютона

Идеи Г.Галилея получили свое развитие в исследованиях И.Ньютона по движению тел. Заслуга И.Ньютона состоит в том, что именно он ввел в механике понятие инерциальной системы отсчета, о которой сказано в предыдущем параграфе. Кроме этого И.Ньютоном было введено понятие свободного тела.

Свободным телом называется тело, не взаимодействующее с другими телами.

Понятие свободного тела – это абстрактное понятие. Таких тел в природе нет. Оно было введено для упрощения изучения движений тел и установления законов этих движений. Приближенно свободным телом можно считать тело, действие на которое других тел незначительно. Поэтому при решении многих физических задач слабыми воздействиями на данное тело пренебрегают. Например, когда изучают движение тела по шероховатой поверхности, пренебрегают воздействием на него со стороны Луны, Солнца, звезд, но не пренебрегают воздействием Земли и самой поверхности.

Пусть мы наблюдаем за поведением какого-то тела в пространстве. Как же определить, движется это тело по инерции или, как ни странно, покоится по инерции, или же оно движется неравномерно? Ответ на эти вопросы можно получить, изучая движение практически. Например, наблюдая за движением кометы по небосводу, можно установить, покоится она или движется равномерно, или же движется неравномерно. Для этого просто необходимо отмечать положения кометы через строго определенное время относительно неподвижных звезд. Наши измерения и расчеты и дадут нам ответы на поставленные вопросы.

На основе подобных рассуждений великий английский физик И.Ньютон установил первый закон движения:

Существуют такие системы отсчета, в которых свободное тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Это утверждение носит название первого закона Ньютона.

Из первого закона Ньютона следует, что естественным состоянием любого свободного тела являются покой или же равномерное прямолинейное движение.

Это означает, что покой и равномерное прямолинейное движение – это равноправные состояния свободного тела.

После открытия первого закона Ньютона стало понятно ошибочность взглядов Аристотеля на движение тел. По Аристотелю естественным состоянием тел относительно Земли является покой, который может длиться сколь угодно долго. Движение же не присуще телу как таковому, т.е. оно не является естественным состоянием для тела, как состояние покоя. Движение всегда требует причины. Без причины – воздействия извне – движение не начинается и не длится сколь угодно долго.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называются инерциальными.

Инерциальными системами отсчета считают системы отсчета, связанные с телами либо покоящимися, либо движущимися равномерно и прямолинейно.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте закон инерции Галилея.

2. Всегда ли справедлив закон инерции Галилея?

3. Какое тело называют свободным телом?

4. Можете ли вы привести примеры свободного тела?

5. Сформулируйте первый закон Ньютона.

6. Какое важное утверждение следует из первого закона Ньютона?

7. Какие системы отсчета называются инерциальными?