Лекція 1/3. Динаміка поступального руху
План лекції:
Закони Ньютона. Імпульс.
Сили та силові поля.
1. Закони Ньютона. Імпульс.
В основі динаміки лежать 3 закони Ньютона, сформульовані ним у кінці ХVІІ сторіччя. Ці закони є результатом узагальнення великої кількості дослідних фактів, і критерієм їх вірності є вірність тих теорій, які створені на їх основі і які з великою точністю підтверджувались на практиці на протязі близько 2 сторіч, до кінця ХІХ сторіччя. Виявлені пізніше відхилення від цих законів стосуються лише явищ, пов’язаних із мікрочастинками, та при швидкостях руху, що наближаються до швидкості світла. У всіх інших випадках ньютонівська (класична) механіка залишається вірною і продовжує широко застосовуватись на практиці.
І закон Ньютона формулюється таким чином:
Матеріальне тіло при відсутності взаємодії з іншими тілами зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху.
По-іншому такий стан можна назвати рухом зі сталою швидкістю (прискорення дорівнює нулю). Отже, І закон Ньютона можна сформулювати ще й так:
за відсутності взаємодії з іншими тілами швидкість матеріального тіла залишається сталою.
Властивість тіл зберігати свою швидкість називається інертністю, і, відповідно до цього, І закон Ньютона називається також законом інерції.
Цей закон виконується не в кожній системі відліку. Наприклад, він не виконується у системах відліку, які рухаються прискорено відносно інших систем. Тому системи відліку, в яких І закон Ньютона виконується, називаються інерціальними, а всі інші – неінерціальними.
Отже, стан руху тіла (його швидкість) в інерціальній системі відліку може змінитись лише внаслідок дії на нього інших тіл. В результаті такої дії змінюється швидкість тіла, тобто воно набуває прискорення.
Практика свідчить про те, що при однаковій дії різні тіла набувають різних прискорень. Наприклад, буксир легко відведе від пристані малий човен, але йому знадобиться набагато більше часу, щоб зробити те ж саме з великим кораблем.
Отже, прискорення тіла залежить не лише від величини дії на тіло, але й від деякої характеристики самого тіла. Така характеристика називається масою тіла. Як буде визначено нижче, від маси залежить також і гравітаційна взаємодія тіл. Маса тіла – це фізична величина, яка визначає кількісно інерційні та гравітаційні властивості тіла.
У системі СІ одиницею маси є кілограм (кг). Це – одна з основних одиниць системи СІ.
Взаємодія тіл, що змінює їх стан руху, характеризується ще однією фізичною величиною, яка називається силою. Це векторна величина, оскільки вона має не лише числове значення, але й напрямок. Крім прискорення тіла, дія сили може проявлятись також у деформуванні тіла.
Сила – це векторна величина, що є мірою механічної дії на тіло з боку інших тіл, в результаті якої тіло набуває прискорення або змінює свою форму.
У
системі СІ одиницею сили є ньютон
(Н): 
.
Фізичні дослідження виявили, що при дії різних сил на одне й те саме тіло його прискорення пропорційне величині сили: a F.
Якщо ж однаковою силою діяти на тіла різної маси, то їх прискорення обернено пропорційне їх масі: a m .
Ці закономірності об’єднані у ІІ законі Ньютона: