Классическая механика — это раздел физики, который изучает движения тел и их взаимодействие. Этот раздел механики ещё называют «механикой Ньютона», и не просто так: именно он стал её основоположником.
Как он это сделал? Наверняка вы знаете байку, согласно которой Ньютон сидел в саду и на него упало яблоко. После его осенило, и он сформулировал закон всемирного тяготения. В этом и есть его высочайшая заслуга — он сформулировал закон физики в понятной форме.
Три закона Ньютона — это основные законы классической механики. С этого раздела начинается изучение физики в школе, и эти законы — одно из первых, с чем знакомятся дети на уроках. В этой статье мы просто и понятно объясним, что эти законы из себя представляют.
Первый закон Ньютона
Иначе его называют законом инерции. Он был сформулирован ещё до Ньютона Галилео Галилеем и звучал так: «при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо движется равномерно». Исаак Ньютон взял это за основу и сформулировал свой первый закон:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано.
Что из этого следует? Согласно этому закону, если мы пнём мяч, то он сможет катиться бесконечно при соблюдении таких условий:
- дорога, по которой катится мяч, абсолютно ровная;
- на мяч не действуют трение об асфальт и сопротивление воздуха.
На самом деле таких условий нигде нет, и на тела постоянно действуют какие-то силы: трения, притяжения Земли и другие. Но если бы их не было, мяч мог бы катиться бесконечно.
Второй закон Ньютона
В этом законе мы столкнёмся с формулой. Но сначала вкратце расскажем, в чём суть закона.
Возьмём мяч из прошлого примера. Чтобы он покатился, мы должны его пнуть. Пинок мяча — это сила, которую мы приложили к мячу. Также понятно, что в какой-то момент мяч остановится, а перед тем как остановиться, он будет замедляться. Такое движение называется равноускоренным, то есть ускоряющимся или замедляющимся равномерно.
А любой предмет, который падает вниз — тот же мяч, ручка, выроненный телефон, — падает под действием ускорения свободного падения g. Чем дольше предмет летит вниз, тем выше его скорость, а g — постоянная для нашей планеты величина.
Звучит второй закон Ньютона так:
Ускорение тела в инерциальной системе отсчёта прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
Если проще, получится так:
- чем большую силу приложили к предмету (чем сильнее пнули, толкнули и т. д.), тем быстрее он будет двигаться;
- чем больше весит предмет, тем медленнее он будет двигаться.
Формула закона выглядит так:
А если на тело действует несколько сил, то в формулу нужно подставить векторную сумму всех сил.
Третий закон Ньютона
Возможно, вы слышали формулировку: «на каждое действие найдётся противодействие». Это ровно то, в чем и заключается третий закон Ньютона:
Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.
Формула для закона записывается следующим образом:
Как работает этот закон в жизни? Например, на уроке физкультуры дети разделились на две площадки. На одной играют в волейбол, а на другой — в футбол. И вот оба мяча вылетают за пределы площадок, сталкиваются и отлетают в стороны. До момента столкновения к обоим мячам была приложена какая-то сила, но, столкнувшись, они стали взаимодействовать друг на друга с одинаковой силой.
Ещё один пример — перетягивание каната. Чтобы канат не двигался в сторону противника, нужно тянуть с той же силой, что и он, но в противоположную сторону. А чтобы перетянуть канат, нужно приложить бо́льшую силу, чем соперник.
Это базовые законы классической механики, которые работают в реальной жизни. Описанные силы действуют на все предметы, что нас окружают. Эти законы не работают для тел, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света. Но это уже вопрос других разделов физики.