⠀⠀ Всем привет, меня зовут Савин Валерий, я репетитор по физике, и сегодня мы поговорим о трёх законах Ньютона.
⠀⠀Сэр Исаак Ньютон - один из величайших учёных в истории физики. Он разработал основы дифференциального и интегрального исчислений, теорию света, заложил основы физической оптики, а также сформулировал закон всемирного тяготения и небезызвестные три закона Ньютона, которые легли в основу классической механики. Это далеко не все его достижения.
⠀ Остановимся подробнее на трёх законах Ньютона.
⠀ В настоящее время первый закон Ньютона формулируется так:
⠀ Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действие нескольких сил скомпенсировано и равно нулю), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
⠀Ньютон пытался объяснить, как двигаются тела в нашем мире, и для этого ему было необходимо ввести рамки, в которых его законы будут справедливы.
⠀Инерциальными системами отсчёта можно назвать такие системы, в которых выполняется первый закон Ньютона (иногда его называют законом инерции). Так как в таких системах материальные точки находятся в состоянии покоя или прямолинейного движения, то можно ожидать, что и сами системы отсчёта будут либо покоиться, либо двигаться равномерно и прямолинейно, ведь если сама система отсчёта будет двигаться ускоренно, то и тела в ней будут двигаться ускоренно (за исключением тех тел, которые двигаются с таким же ускорением). Поэтому, к примеру, если система отсчёта вращается (например, она связана с каруселью), то в такой системе законы Ньютона выполняться не будут, нужно будет их дополнить.
⠀Второй закон Ньютона:
⠀ В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.
⠀Здесь a - ускорение материальной точки, m - масса, а F1 + F2 + ... + FN - сумма всех сил, действующих на тело.
⠀ Как мы видим, тут же сразу и накладывается ограничение: закон справедлив только в инерциальной системе отсчёта. Также он справедлив только для материальной точки, не для тела (так как физическое тело имеет размер и форму, а значит, может ещё и вращаться вокруг собственной оси). Ещё стоит отметить, что закон справедлив только для малых скоростей: при движении тел со скоростями, близкими к скоростям света, нужно вносить релятивистские поправки.
⠀ Из математического уравнения видно (вектор равен вектору), что ускорение всегда направлено в ту же сторону, что и сила, вызвавшая это ускорение.
⠀ Этим самым уравнением Ньютон и объяснил нам, как двигаются тела. А теперь это пытаются делать школьники на уроках физики, применяя второй закон Ньютона к тысячам и тысячам различных ситуаций.
⠀Третий закон Ньютона:
⠀ Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
⠀У этого закона также есть историческая, более понятная и простая формулировка:
⠀ На любое действие всегда есть равное и противоположное противодействие.
⠀Да, силы всегда возникают парами, сила - это всегда два тела. Это понятно даже из определения самого понятия сила:
⠀Сила - мера действия одного тела на другое (а также одной части тела на другую, если тело сложное).
⠀Силы, возникающие при взаимодействии двух тел, всегда:
1) возникают парами;
2) приложены к разным телам: если бы они были приложены к одному телу, то равнодействующая для них была бы равна нулю, и тогда самого закона бы и не было;
3) равны по модулю и противоположные по направлению.
⠀Самым простым примером проявления третьего закона Ньютона является вес. Когда мы стоим на полу (на картинке я изображу человека в виде квадрата, потому что так легче), то мы давим на него силой - это и есть вес. В свою очередь, пол тоже действует на нас силой: силой реакции опоры N, поэтому мы не падаем.
⠀ Эти силы возникают парами: человек действует на пол (опору), и пол действует на человека. Тут всё согласно третьему закону Ньютона: силы возникли парой, они приложены к разным телам, направлены в противоположные стороны и одинаковые по модулю.
⠀Важное замечание: вес приложен к опоре, а не к человеку! Поэтому когда мы записываем второй закон Ньютона для тела, то вес там не фигурирует, потому что он приложен к другому телу (к опоре)! А согласно второму закону Ньютона "... равнодействующая всех сил, действующих на тело...". А вот как раз-таки сила реакции опоры будет фигурировать во втором законе Ньютона, потому что она приложена к телу.
⠀Успехов!