ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ І СИСТЕМИ МАТЕРІАЛЬНИХ ТОЧОК, ЩО РУХАЮТЬСЯ ПОСТУПАЛЬНО

Перший закон Ньютона. Інерціальні системи відліку

В основі, так званої, класичної або ньютонівської механіки лежать три закони динаміки, сформульованих І. Ньютоном (1687). Ці закони грають виняткову роль в механіці і є (як і всі фізичні закони) узагальненням результатів величезного людського досвіду.

Закони Ньютона розглядають як систему взаємозалежних законів і дослідної перевірки піддають не кожен окремий закон, а всю систему в цілому. Ньютоновская механіка виявилася настільки плідною, настільки могутньою, що у фізиків склалося уявлення про те, що будь-яка фізична явище можна пояснити за допомогою ньютоновских законів. Більшість фізиків до кінця XIX в. були переконані в тому, що вони вже знають про природу все, що можна було дізнатися. Однак, найбільш проникливі фізики розуміли, що в твердженнях класичної фізики є слабкі місця. Так, наприклад, англійський фізик У. Томсон говорив, що на горизонті безхмарного неба класичної фізики є два темних хмарки: невдача спроб створення теорії абсолютно чорного тіла і суперечлива поведінка ефіру - гіпотетичної середовища, в якій, як передбачалося, поширювалися світлові хвилі. Ці факти отримали своє пояснення в нових теоріях - в квантовій механіці і спеціальної теорії відносності.

У спеціальній теорії відносності, створеної А. Ейнштейном до 1905 року, зазнали радикального перегляду ньютонівські уявлення про простір і час. Цей перегляд привів до створення «механіки великих швидкостей», або, як її називають, релятивістської механіки. Нова механіка не привела, однак, до повного заперечення старої ньютонівської механіки. Рівняння релятивістської механіки, в межі (для швидкостей малих, в порівнянні зі швидкістю світла), переходять в рівняння класичної механіки. Таким чином, класична механіка увійшла в релятивістську механіку як її окремий випадок і зберегла своє колишнє значення для опису рухів, що відбуваються зі швидкостями значно меншими, ніж швидкість світла с.

Аналогічно йде справа і з співвідношеннями в класичній і квантовій механіці, яка виникла в 20-х роках минулого століття в результаті розвитку фізики атома.

Рівняння квантової механіки для мас, багато великих, в порівнянні з масами атомів, також дають рівняння класичної механіки. Отже, класична механіка увійшла в квантову механіку як її граничного випадку.

Таким чином, розвиток науки витратило не перекреслило класичну механіку, а лише показало її обмежену придатність. Класична механіка, яка грунтується на законах Ньютона, є механікою тел великих (в порівнянні з масою атомів) мас, що рухаються з малими (в порівнянні зі швидкістю світла) швидкостями.

Основні закони руху - закони Ньютона, відомі з курсу середньої школи. Нагадаємо перш формулювання першого закону Ньютона.

Існує така система відліку (або такі системи відліку), в якій вільна матеріальна точка рухається рівномірно і прямолінійно або покоїться.

Вільної матеріальної точкою або тілом називають тіло, що не піддається впливу інших тіл.

Подання про абсолютно вільному тілі є абстракцією. Наприклад, ми не можемо сказати, що тіло вільно, якщо на нього не діє інше стикається з ним тіло. Так як, крім таких «безпосередніх» впливів, на будь-яке тіло можуть діяти поля (гравітаційне, електромагнітне). Зауважимо, що і «безпосередні» впливу теж здійснюються полями: будь-яке тіло складається з заряджених частинок, поля яких діють на частинки іншого тіла.

Гравітаційні й електромагнітні сили є дальнодейст- інди, т. Е. Повільно зменшуються з відстанню, що не дозволяє позбутися від їх впливу.

Таким чином, перший закон Ньютона фактично є постулатом, т. К. Неможливо перевірити досвідом поведінку вільного тіла. Можна вважати, що Ньютон приписав тіл якась властивість - зберігати постійну швидкість, яке він назвав інерцією (інертністю).

Очевидно, що швидкість вільного тіла залишається постійною не у всякій системи відліку.

В системі відліку, пов'язаної з відходить від станції або різко гальмує поїздом, вантажі постанов не додержували б «стан спокою», якби їх не утримувала на полицях сила тертя.

Система відліку, в якій вільна матеріальна точка зберігає постійну швидкість 6, названа інерційної системою відліку.

Перший закон Ньютона рівносильний вибору в якості системи відліку - системи відліку або затвердженню, що така система існує. Це твердження і становить сутність даного закону.

Дослідним шляхом встановлено, що інерційної системою відліку можна вважати геліоцентричну (зоряну) систему відліку (початок координат знаходиться в центрі Сонця, а осі проведено в напрямку певних зірок). Система відліку, пов'язана із Землею, строго кажучи, неінерційній, однак, ефекти, зумовлені її неіперціальностио (Земля обертається навколо власної осі і навколо Сонця), при вирішенні багатьох завдань малі і в цих випадках її можна вважати інерціальної.

З наведених вище прикладів легко зрозуміти, що основною ознакою системи відліку є відсутність прискорення се руху.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >