Мы думаем каждый кто хоть чуть-чуть знаком с физикой помнит, что гравитация появилась после падения яблока на голову Ньютону. А если серьёзно, то за этой смешной историей скрыт огромный научный труд великого учёного.
Краткая биография «отца» физики
Исаак Ньютон родился в семье фермера в 1642 году в Англии, в деревне Вулсторп. Отец будущего учёного умер до рождения сына, мать растила мальчика одна до 1646 года, а потом вновь вышла замуж и родила троих детей, но быстро овдовела. Малыши требовали больше внимания, домашние дела и ферма занимали всё её время, первенцу пришлось быстро повзрослеть.
Несмотря на достаточно сложные условия жизни, мальчика отдали в школу в 1655 г. Исаак был вынужден прервать обучение в 1659 г., но его маму, Анну Эйскоу, уговорили вернуть необычайно одарённого ребёнка учиться его преподаватель Стокс и дядя Уильям. Будущий гений закончил школу и в 19 лет поступил в Кембриджский университет.
Во время Великой эпидемии чумы 8 августа 1665 г. прекратились занятия в Тринити-колледже, персонал распустили, и Исаак был вынужден уехать домой в деревню Вулсторп. В «чумные годы» родилась Классическая теория тяготения Ньютона, законы, которые мы рассмотрим в этой статье.
Первый закон Ньютона – закон инерции
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, либо находятся в состоянии покоя, пока на них не действуют никакие силы или действие других сил полностью скомпенсировано.
Объясним на примере. Если шар заставить двигаться на ровной поверхности, то он будет бесконечно долго перемещаться по ней с одинаковой скоростью, при учёте что любая другая сила не будет воздействовать на этот шар.
Способность шара сохранять величину скорости и направление, при отсутствии воздействий других сил на него называют инерцией.
На практике эксперимент из примера нереален, потому как на разные тела постоянно действует множество сил, скомпенсировать которые не удастся.
Второй закон Ньютона
Шар из предыдущего примера покатился, так как на него действовала сила. Логично, что шар должен остановиться через какое-то время. Отсюда следует, что в реальности скорость объектов в большинстве случаев меняется. Это называется ускорением – величиной, определяющей быстроту изменения скорости конкретного тела.
Таким образом Второй закон Ньютона связывает массу, ускорение и другую действующую на тело силу и звучит так:
Ускорение тела – материальной точки – в инерциальной системе отсчёта прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
Представим, что из окна мы выбрасываем стакан. При отпускании объекта вниз, под воздействием силы тяжести он начинает ускоряться. В любой промежуток времени до его падения скорость будет выше, чем в предыдущем.
Третий закон Ньютона – закон противодействия
Этот закон устанавливает связь между взаимодействующими телами и действующими на них силами. На каждое действие силы найдётся своё противодействие, что отражено в определении этого закона:
Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.
В качестве примера можно привести всё тот же шар. При ударе им о стену, сила, воздействующая на эту стену от шара, будет равна силе воздействующей стеной на шар, но разной по направлению. Однако из-за разности других величин, таких как масса и ускорение, мы будем наблюдать, как шар отскочит от стены. В случае со стаканом – он разобьётся в момент соприкосновения с землёй.