Первый закон Ньютона.

Существуют такие системы отсчета, в в которых не подверженное внешним воздействиям тело (материальная точка) находится в состоянии покоя, либо движется равномерно и прямолинейно. Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета.

Первый закон Ньютона показывает, что состояние покоя или равномерного прямолинейного движения не требует для своего поддержания внешних воздействий: В этом проявляется особое динамическое свойство тел, называемое инертностью.

Инертность- это свойство тела оказывать сопротивление при попытках привести его в движение или изменить величину и направление его скорости. Масса есть мера инертности тела.      В рамках ньютоновой механики из опыта следует, что так определенная масса обладает следующими двумя важнейшими свойствами:

1) масса - величина аддитивная, т. е. масса составного тела равна сумме масс его частей;

2) масса тела как такового - величина постоянная, не изменяющаяся при его движении.

Соответственно первый закон Ньютона обычно называют законом инерции, а движение тела, свободного от внешних воздействий - движением по инерции.

Векторная величина p, равная произведению массы материальной точки на ее скорость, и имеющая направление скорости, называется импульсом, или количеством движения, этой материальной точки.

Второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО). Существует различные эквивалентные друг другу формулировки второго закона Ньютона.

1. Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе (равнодействующей сил), совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела)

где  — ускорение материальной точки;  — сила, приложенная к материальной точке;  — масса материальной точки.

2. Скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе. или .

Силы в механике

 Для сведения нахождения закона движения частицы к чисто математической задаче, необходимо в соответствии с уравнением вторго закона Ньютона, знать законы действующих на частицу сил, т. е. зависимость силы от определяющих ее величин. Каждый такой закон получается на основании обработки результатов многочисленных экспериментов и, по существу, всегда опирается на уравнение вторго закона Ньютона, как на определение силы.

Два фундаментальных вида взаимодействия - слабое и сильное - проявляются в мире элементарных частиц и в атомных ядрах. Они действуют на малых расстояниях (слабое - порядка 10^-18 м, сильное - 10^-15 м) и в случае ньютоновой механики от них можно отвлечься. Два других фундаментальных вида взаимодействия, лежащие в основе всех механических явлений, - гравитационное и электромагнитное. Приведем законы этих сил в самом простом виде, когда взаимодействующие массы (заряды) покоятся или движутся с малой (нерелятивистской) скоростью.

     

Сила гравитационного притяжения, действующая между двумя материальными точками, в соответствии с законом всемирного тяготения пропорциональна произведению масс точек и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти точки, от одного тела к другому:

     

,

     где G-гравитационная постоянная.

 Фигурирующие в этом законе массы называют гравитационными в отличие от инертной массы, входящей во второй закон Ньютона. По-другому эти массы можно назвать гравитационными зарядами, по аналогии с электрическими. Из опыта, однако, установлено, что гравитационная и инертная массы любого тела равны друг другу с относительной точностью до - экспериментально определенное современное значение. Поэтому можно считать их равными (т. е. выбрать один и тот же эталон для измерения обеих масс) и говорить просто о массе, которая выступает как мера инертности тела или как мера гравитационного действия.

Кулоновская сила, действующая между двумя точечными зарядами и ,

     

где: r- расстояние между зарядами, k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. В отличие от гравитационной силы кулоновская сила может быть как силой притяжения, так и силой отталкивания.

Закон Кулона перестает выполняться точно, если заряды движутся. Электрическое взаимодействие движущихся зарядов оказывается сложным образом зависящим от их движения. Одну из частей этого взаимодействия, обусловленную движением, называют магнитной силой (отсюда и другое название данного взаимодействия -электромагнитное). При малых (нерелятивистских) скоростях магнитная сила составляет пренебрежимо малую часть электрического взаимодействия и оно с высокой степенью точности описывается законом. Степень малости определяется квадратом отношения относительной скорости зарядов v к скорости света в вакууме c: если , то закон весьма точен.

     

Несмотря на то, что гравитационные и электрические взаимодействия лежат в основе всего бесчисленного разнообразия механических явлений, анализ явлений, особенно макроскопических, оказался бы весьма сложным, если бы во всех случаях мы исходили из этих фундаментальных взаимодействий. Поэтому удобно ввести другие, приближенные, законы сил (которые в принципе могут быть получены из фундаментальных сил). Это необходимо для того, чтобы упростить математически задачу настолько, чтобы ее можно было практически решить. С этой целью вводят, например, следующие силы.