Щоб зрозуміти, чому і яким чином рухаються навколишні нас об'єкти в побуті і космічні тіла у Всесвіті, необхідно знати і розуміти закони Ньютона. Вони становлять міцний фундамент спеціального розділу класичної фізики, механіки. У даній статті ми докладно з'ясуємо, у чому полягає основне твердження механіки.

Вивчення законів руху відомими умами в історії

З часів цивілізацій Стародавнього Єгипту і Месопотамії людство намагалося описати рух різноманітних тіл, починаючи від польоту каменя і закінчуючи зміщенням зірок на небесній сфері. За кілька століть до нашої ери багато філософи античної Греції на чолі з Аристотелем вважали, що будь-який рух є результатом впливу на тіла зовнішніх зусиль. Як тільки ці зусилля зникають, тіла моментально зупиняються. Спокій - це нормальний стан будь-якої матерії, так вважали древні греки.


Пройшло більше півтора тисяч років, коли такі вчені як Гук, Гюйгенс, Галілей і Ньютон знову зацікавилися проблемою переміщення тіл у просторі. Слід зазначити великий внесок Галілея, який, по суті, сформулював основне твердження механіки розроблено науковий підхід до вивчення явищ природи. В кінці XVII століття Ісаак Ньютон публікує знамениту роботу, яка містить накопичений попередніми вченими експериментальний досвід з вивчення механічного руху, структурований у вигляді стрункої теорії з ясними і зрозумілими математичними формулами. Саме тому в даний час Ісаак Ньютон вважається вченим, який заснував сучасну класичну механіку.

Основні фізичні величини

Перш ніж сформулювати основне твердження механіки (в 10 класі його розглядають глибше, хоча закони Ньютона вивчають ще в 7 класі), ми познайомимося з низкою фізичних величин, розуміння яких є ключовим моментом для розкриття теми статті.


Почнемо з поняття про масу тіла. Її зазвичай позначають буквами m або M. Означає ця величина-кількість речовини, яким володіє даний об'єкт. Маса є мірою інерційних властивостей і проявляє себе під час будь-якого виду руху. Вимірюється в кілограмах в СІ. Швидкість - це міра швидкості зміни положення тіла в просторі. Позначається вона як v і вимірюється в метрах за секунду. Сила F - величина, яка здатна здійснювати роботу по переміщенню тіл і зміни їх потенційної і кінетичної енергії. Сила вимірюється в Ньютонах. Її вплив на тіло призводить до появи прискорення у нього. Прискорення - описує швидкість зміни швидкості величина, яка вимірюється в метрах в квадратну секунду. З'являється воно тільки в присутності зовнішніх сил в інерційних системах відліку.

Закони механіки Ньютона

Основне твердження механіки є наслідком ньютонівських трьох законів. Вони називаються законом інерції, взаємини прискорення і сили дії і протидії. Всі вони отримані виключно на підставі численних експериментів і спостережень і є фундаментальними, тобто не випливають не з одного фізичного принципу. Перерахуємо коротко суть кожного з них.
Перший закон говорить, що якщо не впливати на тіло зовнішніми силами, то воно не змінить свого стану механічного руху ніколи, тобто буде рухатись рівномірно і прямолінійно або буде спочивати, що є одним і тим же. Другий закон говорить про те, що якщо сила почала діяти на тіло, то вона неминуче приведе до зміни його руху, створивши прискорення. Останнє буде прямо пропорційно цій силі і обернено пропорційно інерційної маси, тобто: a = F/m. Третій закон постулює, що будь-яка фізична дія одного тіла на інше призводить до аналогічного протилежного протидії, що записують так: F 12 = -F 21 . Зазначимо, що сили F 12 і F 21 діють на різні тіла.

Основне твердження механіки

Всі три закони призводять до цілком ясного висновку: якщо на тіло не діють сили, або їх векторна сума дорівнює нулю, то тіло не змінить своєї швидкості і прямолінійної траєкторії, така зміна можлива тільки при наявності ненульових сил. Це твердження, по суті, є узагальненням першого і другого ньютонівських законів. Воно називається основним твердженням механіки. Наведемо приклад. Припустимо, що ми розкрутили камінь на мотузці. Натяг мотузки діє на камінь, примушуючи його обертатися. Припустимо, в один момент мотузка порвалася, що станеться з каменем? Вірно, він полетить прямо, не змінюючи своєї швидкості. В кінцевому підсумку він все ж впаде на землю, що пов'язано з дією сили тяжіння.

Важливість системи відліку

Основне твердження класичної механіки буде справедливим тільки в інерціальній системі відліку. Такою системою є будь-який об'єкт, що рухається рівномірно і по прямій лінії. Якщо ж система відліку сама обертається або рухається по іншій криволінійної траєкторії, то в ній з'являються фіктивні відцентрові сили. Такі системи називаються неинерционными. У них тіло може змінювати характеристики свого руху, навіть якщо на нього не діють зовнішні сили. Наша Земля обертається навколо осі і навколо світила, тому точно покладатися інерціальною системою відліку не може. Тим не менш, ми вважаємо її такою з тієї простої причини, що створюване центростремительное прискорення при цих вирощених близько 001 м/с 2 , що майже в 1000 разів менше прискорення вільного падіння на нашій планеті.