Кратко объяснить основное из § 20 «Первый закон Ньютона» (инерция, система…

Инерция — это способность тела сохранять свою скорость, если на него не действуют другие тела (или их действия уравновешены).

Как к этому пришли. Свободных тел, на которые ничего не действует, в природе нет. Поэтому смотрят на камень, скользящий по поверхности. Чем гладче поверхность, тем дольше камень сохраняет скорость. Если бы трения не было, он вообще не менял бы скорость. Этот вывод первым сделал Галилей.

Первый закон Ньютона. Существуют системы отсчёта, называемые инерциальными (ИСО). В них тело движется прямолинейно и равномерно (или стоит), если на него не действуют другие тела или их действия уравновешены.

Что такое система отсчёта. Это тело, с которым связаны оси координат, и часы. Систему, связанную с Землёй, считаем инерциальной.

Важно: любая система, которая движется относительно ИСО прямолинейно и равномерно, тоже инерциальна.

Неинерциальная система — та, которая движется с ускорением относительно ИСО (разгоняющийся или тормозящий автобус, вращающийся диск). В ней первый закон не выполняется: тело получает ускорение, хотя другие тела на него не действуют.

Пример с автобусом. Автобус резко тормозит, и пассажиры падают вперёд. Относительно земли они сохраняют скорость (по инерции), а автобус замедляется.

Пример с маятником в вагоне. Вагон разгоняется, и нить маятника отклоняется назад. Для пассажира это выглядит как действие «силы инерции». Но такой силы нет: нет тела, которое её создаёт. Это следствие ускоренного движения системы отсчёта.

Опыт. Тележка на рельсах разгоняется под действием постоянной силы. Измерив путь и время , находят ускорение:

Вывод опытов. Чем больше сила, тем больше ускорение: . Направления $\stackrel{⃗}{}$ и $\stackrel{⃗}{}$ совпадают. Отношение для данного тела постоянно.

Масса. Величина называется массой тела . Масса показывает, насколько тело инертно: чем больше масса, тем меньше ускорение при той же силе.

Второй закон Ньютона. Ускорение прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе:

Другая запись:

Единица силы.    . Это сила, которая телу массой кг даёт ускорение м/с².

Важные замечания.

• Если , то и скорость постоянна. Но первый закон не следует из второго: он утверждает, что ИСО существуют, а второй закон верен только в них.
• Массы складываются: .
• Массу можно измерять двумя способами. На весах (по притяжению к Земле) получается гравитационная масса. По ускорению при одинаковых силах, , получается инертная масса. Эти массы равны.

Пример (вопрос ). Тележка массой кг, сила Н:

Вопрос . Если и массу, и силу увеличить в раза, то , то есть ускорение не изменится.

На тело обычно действует не одна сила, а несколько. Например, на груз при подъёме на канате действуют сила тяжести и сила натяжения. На автомобиль действуют сила тяжести, сила реакции опоры, сила тяги и сила сопротивления.

Принцип суперпозиции (наложения) сил. Если на тело действует несколько сил, то ускорение определяется их геометрической (векторной) суммой:

Каждая сила действует независимо от других.

Равнодействующая ${\stackrel{⃗}{}}_{}$ — одна сила, которая заменяет все силы и производит такое же действие на тело.

Две силы вдоль одной прямой.

• В одну сторону (рис. .): .
• В противоположные стороны (рис. .): (из большей силы вычитаем меньшую). Ускорение направлено в сторону большей силы.

Пример. Н вправо, Н влево. Тогда Н вправо. Если кг, то   вправо.