Первый закон ньютона. Инерциальные системы отсчёта

За первый закон динамики поступательного движения Ньютон принял закон инерции, открытый Галилеем: тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или их действие скомпенсировано.

Первый закон Ньютона выполняется не в любой системе отсчёта. Системы отсчёта, в которых применим первый закон Ньютона, называются инерциальными.

Второй закон ньютона

Пусть на одно и то же тело поочерёдно действуют разные силы. При этом оказывается, что ускорения, приобретаемые телом, будут различными. Однако отношение модуля Fсилы, приложенной к телу, к модулю ускоренияa, которым обладает тело, является величиной постоянной для всех сил. Поэтому это отношение принимают за характеристику инертных свойств тела, т.е. оно равно массе тела. Обозначив её черезm, имеем:

(11)

Сила и ускорение являются векторами. Поэтому выражение (11) перепишем в векторном виде:

(12)

Соотношение (12) носит название второго закона Ньютона: в инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое телом, пропорционально силе, действующей на него, обратно пропорционально массе тела и направлено в сторону действия силы.

Если на тело действует несколько сил, то в формуле (12) под надо понимать равнодействующую этих сил, т.е., где—отдельные силы, приложенные к телу.

Можно дать и иную формулировку второго закона Ньютона. Из уравнения (12) с учётом того, что , находим:При скоростях движения, много меньших скорости света, масса тел является практически постоянной величиной. Поэтому её вносим под знак производной:Векторную величинуназываютимпульсом (количеством движения) тела. Учитывая это, получаем:

(13)

т.е. равнодействующая сил, действующих на тело, равна производной импульса тела по времени или изменению импульса за единицу времени.

Запишем уравнение (11) в виде F = ma. Отсюда вводится единица силы ньютон (Н). 1 Н — сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с², т.е. 1 Н = 1 кг1 м/с².

Третий закон ньютона

Взаимодействие тел определяется третьим законом Ньютона: в инерциальных системах отсчёта силы, с которыми взаимодействуют два тела, равны по модулю и противоположны по направлению:

(14)

где и— силы, действующие на i-е тело со стороны k-го тела и на k-ое со стороны i-го соответственно. Эти силы приложены к различным телам и всегда возникают попарно.