Закони Ньютона
Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Зауваження: В цій статті векторні величини позначаються жирним шрифтом, тоді як скалярні -- курсивом.
Ньютонові закони руху (або просто закони Ньютона) -- це фундаментальні закони класичної механіки
Вони були вперше опубліковані Ньютоном в праці "Математичні начала натуральної філософії" (1687) та застосовані ним для пояснення багатьох фізичних явищ, пов'язаних з рухом фізичних об'єктів.
Зміст |
[ред.] Важливість законів Ньютона
Закони руху Ньютона, разом з його ж законом всесвітнього тяжіння та апаратом математичного аналізу, вперше в свій час надали загальне та кількісне пояснення широкому спектру фізичних феноменів, починаючи з особливостей руху маятника та закінчуючи орбітами Місяця та планет. Закон збереження імпульсу, який Ньютон вивів як наслідок своїх другого та третього законів, також став першим з відомих законом збереження.
Закони Ньютона піддавались експериментальній перевірці на протязі більш як двохсот років, та для маштабів від 10-6 до 104 на швидкостях від 0 до 100 000 000 м/с дають задовільні результати.
Але спеціальна теорія відносності Ейнштейна внесла свої корективи в закони Ньютона, розширивши в такому модифікованому вигляді сферу їх застосування, хоча для нерелятивістських фізичних об'єктів вид модифікованих законів Ньютона стає звичним.
[ред.] Перший закон Ньютона (закон інерції)
Цей закон також має назву закона інерції або принципа Галілея. Строге формулювання його таке:
- Існують такі системи відліку, де центр мас будь-якого тіла, на яке не діють ніякі сили, зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, допоки цей стан не змінять сили, застосовані до нього
Насправді, цей закон є спеціальним випадком другого закону Ньютона (дивись нижче), але смисл цього закону в тому, що він визначає системи відліку, в яких справедливі наступні два закони. Ці системи відліку мають назву інерційних, або Галілеєві, тобто такі, які рухаються з постійною швидкістю одна відносно одної.
[ред.] Другий закон Ньютона: базовий закон динаміки
Формулювання:
- Прискорення матеріальної точки прямо пропорційне силі, яка на нього діє, та направлене в сторону дії цієї сили
Математично це формулювання може бути записано так:
або
, якщо m -- константа.
де
- F -- діюча сила
- m-- маса об'єкт
- a -- прискорення
- v -- швидкість
- mv -- імпульс, який також позначається як
Це рівняння фактично означає, що чим більша за абсолютним значенням сила буде прикладена до тіла, тим більшим буде його прискорення. Параметр m, або маса, в цьому рівнянні -- це насправді коефіцієнт пропорційності, який характеризує інерційні властивості об'єкту. В рівнянні F=ma, прискорення може бути безпосередньо виміряне, на відміну від сили. Тому цей закон має сенс, якщо ми можемо визначити безпосередній вираз для сили F. Одним з таких законів, який визначає правило обчислення гравітаційної сили, є закон всесвітнього тяжіння.
В загальному випадку, коли маса та швидкість об'єкта змінюються з часом, отримаємо:
Це рівняння також справедливе і в спеціальній теорії відносності, якщо визначати імпульс як
Важливе фізичне значення цього закону полягає в тому, що об'єкти взаємодіють, обмінюючись імпульсами та роблять це за допомогою сил.
[ред.] Третій закон Ньютона: закон дії та протидії
Формулювання: сили, що виникають при взаємодії тіл, є рівними за модулем і протилежні за напрямом, та прикладені до різних тіл
Такого суперечливого формулювання, як "на всяку дію є рівна протидія" слід уникати.
Закон у сформульованій формі є справедливим для усіх фізичних сил, хоча існують деякі особливості формулювання цього закону в застосуванні до сил електромагнитного поля.
