Юрий Трифонов - Властелин механики. 7 великих законов в понятном изложении

Но мы уже слишком далеко отошли от механики. Для нас сейчас принципиально разобраться в самой Ньтоновской закономерности. Поэтому, продолжаем анализировать первый закон.

Следующее, что там было отмечено – это что тела движутся равномерно и прямолинейно.

Здесь, наверное, ничего пояснять и не нужно.

Прямолинейно – это по прямой линии. Равномерно – значит за любые равные промежутки времени проходит одно и то же расстояние, и имеет неизменную скорость.

На них не действуют никакие силы… Для чего это обозначается?

В реальной жизни и в нашем пространстве, мы всегда испытываем действия каких-либо сил.

Если санки катятся с горы, то на них, как минимум, действует сила притяжения Земли и сила трения, возникающая между полозьями и снегом. Представить себе обратную ситуацию в реальной жизни довольно сложно. Тут на этом заостряется внимание специально. Инерция «ломается», если ей мешают другие силы. То есть инерциальное движение пропадет, в случае, когда телу препятствуют внешние воздействия. Опять же, уместен пример с любимым метро. Если поезд резко тормознул, а мы держались за поручень, то инерция не заставит нас упасть, потому что вмешалась вот такая внешняя сила. Она представлена тут рукой, которая держится за поручень и создает противодействие. Мы стабилизируем своё состояние в системе поезд-мы, чтобы исключить своё движение относительно самого поезда.

Действие других сил скомпенсировано…

Понятие более сложное, чем предыдущее. Как представить себе компенсацию сил?

Представьте, что лыжник скатывался с горы и в какой-то момент подул ветер, который остановил лыжника. В момент остановки силы и были скомпенсированы. Или, результирующая всех сил была равна нулю.

Рис.33. Лыжника остановило ветром. Результирующая сила равна нулю

Проще всего представить себе эту ситуацию, когда мы говорим про плавание. Плавающее тело в точке равновесия имеет скомпенсированное воздействие внешних сил.

Обратите внимание, что только при таком раскладе будет работать первый закон Ньютона ! В случае влияния на тело нескольких сил, только в точке равновесия возможна работа инерции. Чтобы сделать это явление более понятным, представим себе, что мы поставили банку с плавающей в ней телом на тележку. Затем разогнали тележку. И потом увидели, что на тело внутри банки оказала влияние внешняя инерция. Получается, что плавающее тело испытывало на себе скомпенсированное влияние двух сил. Но это не помешало воспринять инерцию !

Теперь, изучив всю «матчасть», мы можем сформулировать первый закон в очень простой форме.

Тело, которому передали некоторое движение, будет ехать, пока на него что-то не подействует снаружи. При этом скомпенсированные воздействия и силы не считаются.

Если велосипедист едет по абсолютно ровной дороге, после того, как его кто-то толкнул вперед, дорога без наклона и сила трения колёс, а также сопротивление ветра (как и ВСЕ внешние сопротивления) отсутствуют или уравновешены, то он будет катиться так с одинаковой скоростью бесконечно долго.

Но в реальной системе ВСЕГДА будут действовать силы противодействия (трение, ветер, кочки) и велосипедист начнет останавливаться, если не будет крутить педали. Силы эти всегда не скомпенсированы.

Как бы выглядела бы компенсация сил на примере такого велосипедиста?Довольно хитро.

Пусть в лицо велосипедисту дует ветер и воздействует на него с силой 50 Ньютонов, а за спиной у велосипедиста будет винт, как у Карлсона, который создает силу движения вперед 50 Ньютонов. Вот мы и уравновесили все имеющие силы и получили результирующий ноль. Теперь в этом скомпенсированном бутерброде будет работать инерция и если, как и раньше мы будем исключать трение и т. п. и т.д., то велосипедист будет катиться неограниченно долго по прямой.

В начале объяснения мы обозначили, что Ньютон сформулировал первый закон изначально чуть иначе. Звучит он так:

Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Согласитесь, все наши объяснения можно было и не делать, будь закон сформулирован именно так в учебниках изначально. Но позвольте, где тут хоть слово про всякие системы отсчета? А где про «существование таких систем отсчёта». Ничего нет.

Всё дело в том, что критика, которая потом посыпалась на Ньютона, как раз-таки и основана на тех самых допущениях. Допущения и приписки сделаны не самим Ньютоном. Ньютон различал только кажущиеся и истинные движения. Кажущиеся читай как относительные. В этом «относительном» всё и завязло. Ведь первый закон про истинные движения.

Вот как сказал сам Ньютон:

Истинное движение не может ни произойти, ни измениться иначе, как от действия сил, приложенных непосредственно к самому движущемуся телу, тогда как кажущееся движение тела может быть и произведено, и изменено без приложения сил к этому телу.

Вроде бы и всё тоже самое, только вопрос относительности не выпячен. Может быть, это слегка упрощает закон, но делает его правильным.

Ещё стоит обратить внимание на системы отсчёта, которые «существуют». Ведь их не существует. Систем, описанных в первом законе в реальности нет! При точных измерениях всегда выявится ускорение из-за той или иной причины (начиная от вращения земли и кончая дуновением ветерка), что уже стирает логику равномерного движения в реальности. Ни одна система отсчета, которую можно представить не является инерциальной в полноценном её понимании. Всё это допущения.

Собственно, всё сказанное выше было лишь попыткой расширить кругозор. Нам же сейчас следует запомнить, что существует такая штука, как инерция, которая переворачивает велосипедистов через руль, и что тело будет двигаться по инерции до тех пор, пока ему что-то не помешает.

Рис.34. Если поезд резко дёрнется, то тяжелый человек пролетит дальше благодаря большой массе

Количество инерции измеряется массой тела и чем оно массивнее, тем сильнее эта инерция. Такое свойство называют инертностью.