1. Історія поняття

Поняття сили використовували ще вчені античності у своїх роботах про статиці та рух. Вивченням сил в процесі конструювання простих механізмів займався в III в. до н. е.. Архімед. [8] Подання Аристотеля про силу, пов'язані з фундаментальними невідповідностями, проіснували протягом кількох століть. Ці невідповідності усунув в XVII в. Ісаак Ньютон, використовуючи для опису сили математичні методи. Механіка Ньютона залишалася загальноприйнятою протягом майже трьохсот років. [5] На початок XX в. Альберт Ейнштейн у теорії відносності показав, що ньютонівська механіка вірна лише в при порівняно невеликих швидкостях руху і масах тіл в системі, уточнивши тим самим основні положення кінематики і динаміки і описавши деякі нові властивості простору-часу.

2. Ньютонівська механіка

Ісаак Ньютон задався метою описати рух об'єктів, використовуючи поняття інерції і сили. Зробивши це, він попутно встановив, що всяке механічний рух підкоряється загальним законам збереження. В 1687 р. Ньютон опублікував свою знамениту працю " Математичні початки натуральної філософії ", в якому виклав три основоположних закону класичної механіки (знамениті закони Ньютона). [5] [9]

2.1. Перший закон Ньютона

Перший закон Ньютона стверджує, що існують системи відліку, в яких тіла зберігають стан спокою або рівномірного прямолінійного руху при відсутності дій на них з боку інших тіл або при взаємній компенсації цих дій. [9] Такі системи відліку називаються інерційних. Ньютон припустив, що кожен масивний об'єкт має певний запас інерції, який характеризує "природний стан" руху цього об'єкта. Ця ідея заперечує погляд Аристотеля, який розглядав спокій "природним станом" об'єкта. Перший закон Ньютона суперечить арістотелівської фізики, одним з положень якої є твердження про те, що тіло може рухатися з постійною швидкістю лише під дією сили. Той факт, що в механіці Ньютона в інерціальних системах відліку спокій фізично не відрізняється від рівномірного прямолінійного руху, є обгрунтуванням принципу відносності Галілея. Серед сукупності тел принципово неможливо визначити які з них знаходиться "в русі", а які "спочивають". Говорити про рух можна лише відносно якої-небудь системи відліку. Закони механіки виконуються однаково у всіх інерціальних системах відліку, іншими словами всі вони механічно еквівалентні. Останнє випливає з так званих перетворень Галілея. [10]

Наприклад, закони механіки абсолютно однаково виконуються в кузові вантажівки, коли той їде по прямій ділянці дороги з постійною швидкістю і коли стоїть на місці. Людина може підкинути м'ячик вертикально вгору і зловити його через деякий час на тому ж самому місці незалежно від того чи рухається вантажівка рівномірно і прямолінійно чи спочиває. Для нього м'ячик летить по прямій. Однак для стороннього спостерігача, що знаходиться на землі, траєкторія руху м'ячика має вигляд параболи. Це пов'язано з тим, що м'ячик щодо землі рухається під час польоту не тільки вертикально, але й горизонтально по інерції у бік руху вантажівки. Для людини, що знаходиться в кузові вантажівки не має значення чи рухається останній по дорозі, або навколишній світ переміщається з постійною швидкістю в протилежному напрямі, а вантажівка стоїть на місці. Таким чином, стан спокою і рівномірного прямолінійного руху фізично не відрізняються один від одного.