Перший закон Ньютона

Оригiнальне формулювання з сучасними доповненнями

«Будь-яке тiло перебуває у спокої або у станi рiвномiрного прямолiнiйного руху, доки до нього не прикладенi сили, якi змiнять його стан»

Доповнення полягають у тому, що, по-перше, формулювання «будь-яке тiло» – не дуже правильне. Правильнiше сказати «матерiальна точка». По-друге, Ньютон у своїй працi вказує на те, що iснує абсолютна нерухома система вiдлiку, а це, з точки зору сучасної фiзики, – хибно. По-третє, важливо розумiти, що у цьому законi йдеться про те, що тiло перебуває у станi спокою чи рiвномiрному прямолiнiйному русi за наявностi саме нульової рiвнодiйної сили. Якщо усi прикладенi сили компенсують одна одну, то змiна стану не вiдбувається.

Стає зрозумiло, що ми повиннi визначити, в яких системах вiдлiку справджується це твердження. Саме тому сучасне формулювання закону Ньютона полягає у визначеннi iнерцiйних систем вiдлiку, в яких справдi матерiальна точка перебуває у станi спокою чи продовжує рiвномiрний прямолiнiйний рух за вiдсутностi прикладених сил, що можуть змiнити її стан.

ВизначенняIнерцiйна система вiдлiку – система вiдлiку, в якiй тiло перебуває у станi спокою або рiвномiрного прямолiнiйного руху за вiдсутностi дiї на нього нескопенсованої зовнiшньої сили. Iншими словами, це система відліку, в якiй прискорення тiла може бути викликано лише внаслiдок прикладання до нього сили.

— Чи є Земля iнерцiйною системою вiдлiку?

Земля обертається навколо своєї осi та навколо Сонця. Отже, має доцентрове прискорення. Тому, Землю не можна у строгому розумiннi назвати iнерцiйною системою відліку. З iншого боку, для розв'язання задач ми можемо наближено вважати Землю iнерцiйною системою вiдлiку з уваги на те, що доцентрове прискорення Землi дуже мале: $$a \approx 0.034$$ м/с.

— Чому тiло, кинуте пiд кутом до горизонту, не рухається рiвномiрно прямолiнiйно?— Прискорення $$\vec{g}$$ спричинене силою тяжiння, яка дiє на тiло. Це вiдповiдає першому закону Ньютона.

— Наведiть приклад iнерцiйної та неiнерцiйної системи вiдлiку та проаналiзуйте виконання першого закону Ньютона. — Приклад iз лекцiї професора MIT (Massachusetts Institute of Technology) Волтера Левiна. На лекцiї з механiки професор каже студентам, якi сидять за партами, що їхню аудиторiю приблизно можна вважати iнерцiйною системою вiдлiку. Таким чином, студенти якi сидять нерухомо, спостерiгачi в iнерцiйній системi вiдлiку. Потiм Волтер каже, що якщо вiн буде рухатися з прискоренням до студентiв, наприклад, на велосипедi, вони можуть запитати його, чи вiдчуває вiн дiю сили на нього, згiдно з першим законом Ньютона. Вiн вiдповiсть, що вiдчуває поштовх велосипеда, що i є прикладеною до нього силою. Все сходиться. Якщо ж взяти систему вiдлiку, пов’язану з рухомим професором, то Волтерові буде здаватись, що студенти рухаються на нього з прискоренням, у той час як вони не вiдчувають дiї ненульової рiвнодiйної сил на них. Це означає, що система вiдлiку, пов’язана з професором, не є iнерцiйною системою вiдлiку.

Система вiдлiку, що рухається з прискоренням, неiнерцiйна! При переходi вiд одної iнерцiйної системи вiдлiку до iншої прискорення тiла – незмiнне.