Законы Ньютона

Три закона Ньютона лежат в основе классической физики, хотя за прошедшие годы стало понятно, что они — лишь частный случай теории относительности. В нашей статье разбираем формулы и определения законов Ньютона простыми словами

Борис Михеев
Автор КП
Андрей Найденов
Преподаватель математики и физики онлайн-школы TutorOnline
Вплоть до XVII века мировая наука жила в условиях почти религиозной веры в постулаты, заданные великим философом Аристотелем. Покушение на них воспринималось как ересь и безжалостно наказывалось. Доходило даже до инквизиции. В этих условиях деятельность Галилея, Декарта, Ньютона была не только научным, но и человеческим подвигом. Их открытия сегодня могут быть даже переформулированы, не теряя своего смысла и значения.

История открытия законов Ньютона

Про то, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, знают практически все. Это та самая история про яблоко, которое упало ему на голову. На самом деле, яблоко на голову Ньютона не падало, но все это происходило в осеннем яблоневом саду, где яблоки действительно падали.

А вот как были сформулированы три знаменитых закона Ньютона, ставшие фундаментом классической механики, знают далеко не все. Впервые формулировки этих законов появились в книге Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687 год). Название этого труда достаточно известно именно потому, что в них впервые Ньютон дал определения всех трех законов.

Исаак Ньютон – математик, физик, астроном, механик. Фото: wikipedia.org
Но перед тем, как формулировки этих законов были напечатаны, много чего произошло. Начиная с Древней Греции, многие мыслители пытались облечь в слова фундаментальные законы движения. Потребовалось несколько веков, чтобы сложились предпосылки для этого. Ближе всего к этому подошел Галилей. Но и ему помешали господствующие в научном сообществе иллюзии. Все были безоговорочно уверены, что небесные тела движутся строго по круговым орбитам, потому что это творение Бога, и это творение должно быть совершенно и безупречно. Пошатнуть эти иллюзии удалось Кеплеру. Но и он в своих размышлениях пошел не туда.
В ТЕМУ
Гениальность Ньютона заключается в том, что, изучая труды своих великих предшественников, он смог разглядеть неочевидные вещи, которые даже нам кажутся парадоксальными. Именно Ньютон выдвинул революционную идею, что если на тело не действуют никакие силы, то тело может двигаться прямолинейно и равномерно. В условиях Земли это невозможно, так как действует сила земного тяготения. А вот вне Земли — это обычное дело.

Долгие годы размышлений, черновых набросков, сомнений, которые он выражал в письмах своим коллегам, завершились блестящими формулировками всех трех законов. И эти законы по праву носят имя Ньютона. О каждом из этих законов можно написать отдельную статью — настолько велико и многогранно их значение.

Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона еще называют закон инерции. Фактически он был открыт Галилеем, но именно Исаак Ньютон дал точную его формулировку и включил в число основных законов механики.

Определение

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго. Формулы первый закон Ньютона не имеет.

Второй закон Ньютона

Действие второго закона Ньютона мы можем часто наблюдать в жизни. Возьмём теннисную ракетку и мяч. Если ударить ракеткой по мячу, то мяч приобретёт ускорение равное отношению равнодействующей всех сил к массе.

Определение

В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки.

Формула

Третий закон Ньютона

Третий закон Ньютона объясняет, как, например, двигаются утки. Они находятся во взаимодействии с водой, отталкивая ее назад лапками, а сами благодаря ответному действию двигаются вперед.

Определение

Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.

Формула

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Андрей Найденов, преподаватель физики и математики в онлайн-школе TutorOnline

Сколько законов Ньютона изучают в школе?

— В школе изучают четыре закона Ньютона. Первые три являются фундаментом классической динамики. С их помощью можно описать любое движение тела, которое движется со скоростью, значительно меньшей скорости света.

Особняком стоит закон всемирного тяготения. Он лежит в основе классической теории гравитации. Этот закон перекликается со вторым законом, касающемся соотношения между ускорением тела, его массой и действующей на него силой. Но все же это разные законы. Так как второй закон Ньютона более универсален, чем закон всемирного тяготения.

Как и где выполняются законы Ньютона в жизни?

— Эти законы настолько фундаментальны, что увидеть их можно практически всюду. Пуля из ружья летит туда, куда толкают ее пороховые газы. Ракета летит туда, куда толкают ее продукты горения ракетного топлива. Мяч летит туда, куда пинает его футболист. Это примеры действия первого закона Ньютона.

Второй закон связан с ускорением, которое приобретает тело под действием силы, действующей на это тело. Например, болид «Формулы 1» разгоняется намного быстрее, чем простой серийный легковой автомобиль. На них действуют разные по величине силы тяги их двигателей. Мощность двигателя в спортивной машине на порядок выше, чем у обыкновенной.

Третий закон Ньютона устанавливает закон взаимодействия тел. Сила действия равна силе противодействия. Например, если чашка кофе стоит на столе и не проваливается сквозь него на пол, значит, стол оказывает достаточное противодействие силе тяжести, действующей на чашку. В результате эти две силы уравновешивают друг друга, и чашка стоит на столе без какого-либо движения.
Утка находится во взаимодействии с водой, отталкивая ее назад лапками, а сама благодаря ответному действию движется вперед. Фото pixabay.com

Как Ньютон изменил третий закон Кеплера?

— Законы Кеплера — это три соотношения, которые выведены Кеплером на основе астрономических наблюдений. Эти законы описывают идеализированную планету, движущуюся по круговой орбите. Опираясь на третий закон Кеплера, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. При этом третий закон Кеплера в рамках теории всемирного тяготения Ньютона является решением частной задачи, которая касается двух тел. Другими словами, третий закон Кеплера стал частью более общей теории Ньютона.
Фото на обложке: pixabay.com