Предыдущий урок: Физика для чайников. Урок 6. Теория относительности.
Если кинематика занимается чистым движением, то динамика подразумевает, что у движущихся тел есть масса и на них могут действовать различные силы. Законы Ньютона – это как раз про силы. Давайте рассмотрим их. Сначала я приведу научную формулировку, а затем объясню простыми словами.
Первый закон Ньютона. Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Теперь объяснение. Что такое материальная точка вы можете прочитать в статье Физика для чайников. Урок 3. Кинематика. Но если лень читать «много букв» тогда просто запомните, что материальная точка такой объект, размеры которого нам вообще без разницы. Система отчета – это просто система координат, относительно которой мы определяем движение. Помните, что движение может быть только относительно чего-то (так же в уроке про кинематику об этом написано). По сути, система отчета – это место, относительно которого мы измеряем движение.
Ну а теперь можно перевести первый закон Ньютона на простой язык. Это будет звучать так: есть такие места, которые называться инерциальными системами отчета. В этих местах, если что-то движется или стоит на месте, и на него не действуют никакие силы, или действуют, но уравновешивают друг друга, то это нечто будет двигаться или стоять в одном месте до тех пор, пока на него не подействует какая-то другая сила. Яркий пример такой инерциальной системы отчета – это МКС (Международная космическая станция), где космонавты находится в состоянии невесомости и могут свободно летать по салону космического корабля.
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. Это можно описать в виде формулы:
А если простыми словами, то чем больше силу приложить к некому физическому телу, те сильнее оно будет ускоряться. Но массивные тела ускорить сложнее, надо больше сил прикладывать. Да, тяжелое двигать тяжело. А если двигать сильно, то будет двигаться быстро. Вот и весь житейский смысл этого закона.
А еще из этого закона вытекает определение силы. Сила изменяется в ньютонах, и один ньютон означает, что под действием такой силы тело массой 1 кг приобретёт ускорение 1 м/с^2. Кстати, не следует путать вес и массу. Масса – это мера инертности тела, а вес – это сила тяжести. Вообще, кроме ньютонов сила измеряется в еще и в килограммах силы (кгс). Один килограмм силы это примерно 9.8 ньютонов. Если тушку весом 120 кг перенести на Луну, то там ее вес будет всего 20 кг. А вот масса так и останется 120 кг. На Земле вес и масса численно почти равны (могут отличаться незначительно, так как в разных местах земли ускорение свободного падение чуть-чуть разное).
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.
Простыми словами это можно сформулировать так. Вот представьте, что вы давите на стенку. Так вот, стенка с такой же силой давит на вас. И эти силы уравновешивают друг друга, поэтому вы остаетесь неподвижными. Точно так же, если камень лежит на земле, то он давит на нее своей силой тяжести. А в ответ получает силу реакции опоры, которая уравновешивает силу тяжести. Если камень положить на поверхность воды, то он утонет. Почему? Потому что вода жидка и не дает той реакции опоры, которая бы уравновесила силу тяжести. Таким образом, сила тяжести увлекает его вниз.
Следующий урок. Урок 8. Замедление времени или почему нельзя двигаться быстрее света