1.2.3. Законы Ньютона

В основе классической динамики лежат три закона Ньютона, полученные как результаты обобщения опытных фактов.

I закон Ньютона называют законом инерции.

Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока воздействие на него других тел не заставит изменить его это состояние.

Первый закон Ньютона (также, как другие) выполняется только для инерциальных систем отсчета. Инерциальной системой отсчета называется такая система отсчета, относительно которой тело, свободное от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.

II закон Ньютона называют основным законом динамики поступательного движения. Приняты такие две формулировки. Первая формулировка справедлива для движения тел с постоянной массой.

Результирующая сила, действующая на тело, равна массе тела, умноженной на его ускорение

где     .

Вторая формулировка является более общей, она справедлива для движения тел как для классической, так и для релятивистской механики. Она читается так: результирующая сила, действующая на тело, равна производной по времени от импульса тела

Отсюда:   или     .

Произведение силы на время ее действия называется импульсом силы. Следовательно, импульс силы равен изменению импульса тела.

III закон Ньютона носит название закона взаимодействия. Он утверждает, что всякое действие тел друг на друга носит характер взаимодействия.

При взаимодействии тел сила, действующая со стороны первого тела на второе, равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей со стороны второго тела на первое.

Эти силы приложены к разным телам, всегда действуют парами и являются силами одной природы. Например, на рис. 1.7 показаны гравитационные силы, действующие между двумя телами.

Рис.1.7

Этот закон позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек. Это следует из того, что для системы материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между материальными точками.

Единицей измерения силы в системе СИ является ньютон (Н)

1.2.4. Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса является одним из основных законов природы. В механике его можно получить из II и III законов Ньютона. Он справедлив для системы материальных точек, на которые либо не действуют внешние силы, либо векторная сумма всех внешних сил равна нулю. Система, на которую не действуют внешние силы, называется замкнутой системой.

Для вывода закона сохранения импульса рассмотрим замкнутую систему, состоящую из трех тел. (рис. 1.8). Тогда между телами системы действуют только внутренние силы.

Рис.1.8

По III закону Ньютона (1.24)

По II закону Ньютона (1.23)

Сложим левые и правые части уравнений

.

Преобразуем это уравнение

.

Назовем    импульсом системы.

Импульсом системы называется векторная сумма импульсов тел, входящих в систему.

Тогда:      и   ,   если внешние силы отсутствуют.

Закон сохранения импульса читается так: импульс замкнутой системы сохраняется.

Отметим, что импульс сохраняется и для незамкнутых систем при условии, что векторная сумма внешних сил равна нулю.

На основе закона сохранения импульса можно объяснить отдачу оружия при стрельбе, реактивное движение и т. д. Закон сохранения импульса является одним из важнейших законов природы. Он выполняется всегда и везде - в космосе и микромире, для макротел и микрочастиц.