Законы Ньютона – это обобщение большого количества эмпирических (опытных) данных.Они являются базой классической динамики и обычно рассматриваются совместно.

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

I закон Ньютона: если внешние силы отсутствуют или их действие на материальную точку скомпенсировано, то эта точка сохраняет состояние покоя равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не выведет ее из этого состояния.

Свойство тел сохранять скорость называется инерцией. I закон Ньютона называется законом инерции. Он утверждает, что для поддержания равномерного движения не требуется внешних воздействий.

Механическое движение относительно в том смысле, что характеристики движения телазависят от выбора системы отсчета (СО). Системы, в которых выполняется закон инерции, называются инерциальными системами отсчета (ИСО). I закон Ньютона утверждает их существование.

Из опыта известно, что при одинаковых воздействиях разные тела по-разному изменяют характер своего движения, то есть приобретают различные ускорения. Таким образом, ускорение зависит не только от воздействия, но и от свойств тела (массы).

Масса (m)– одна из основных характеристик материи, характеризует инертные свойства тел (m_ин – инертная масса) и способность тел участвовать в тяготении (m_гр – гравитационная масса). Их эквивалентность доказана вобщей теории относительности (ОТО) Эйнштейна в четырехмерном пространстве (пространство-время). Различие появляется при переходе к обычному трехмерному пространству (см. лекция 5, п.3.):

.

Для характеристики взаимодействия тел вводят понятие силы. Сила – это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело либо изменяет свою скорость (динамическое проявление силы), либо деформируется (статическое проявление силы). Единица измерения силы (ньютон).

Второй закон Ньютона: "Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует".

II закон Ньютонаопределяет характер изменения движения тела под действием внешней силы. Он утверждает, что если , то , где – равнодействующая всех сил.

В системе СИ: .

II закон Ньютона – основной закон динамики поступательного движения. Его можно представить в виде: , так как в ньютоновской (классической) механике т<<c (с – скорость света в вакууме), т.е. . Величина называется импульсом (количеством движения) тела.

Третий закон Ньютона: ”Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны” : .

III закон Ньютона позволяет перейти от динамики одного тела к динамике системы тел. Многообразие взаимодействий в системе можно свести к попарным взаимодействиям.

Рис. 2.1

В ряде случаев III закон Ньютона не применим, т.к. предполагает «мгновенность» взаимодействия, т.е. не учитывает конечность скорости распространения воздействия одного тела на другое.

В механике рассматривают различные силы – трения, упругости, тяготения (тяжести). Силы, о которых идет речь в III законе Ньютона, – это всегда силы одной природы.

Если на тело действуют несколько сил, то каждая из них сообщает телу ускорение. В этом заключается принцип независимости действия сил, поэтому во многих задачах (рис. 2.1) движение может быть разделено покоординатно (II закон Ньютона записывается в проекциях):

OY: ,

где g – ускорение свободного падения (g»9,81 м/с²);

ОХ: ,

Фундамента́льные взаимоде́йствия — качественно различающиеся типы взаимодействияэлементарных частиц и составленных из них тел.

На сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий:

гравитационного;

электромагнитного;

сильного;

слабого.

При этом электромагнитное и слабое взаимодействия являются проявлениями единогоэлектрослабого взаимодействия.

Ведутся поиски других типов фундаментальных взаимодействий, как в явлениях микромира, так и в космических масштабах, однако пока какого-либо другого типа фундаментального взаимодействия не обнаружено.

В физике механическая энергия делится на два вида — потенциальную и кинетическую энергию. Причиной изменения движения тел (изменения кинетической энергии) является сила (потенциальная энергия) (см. второй закон Ньютона). Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество самых разнообразных сил: сила тяжести, сила натяжения нити, сила сжатия пружины, сила столкновения тел, сила трения, сила сопротивления воздуха, сила взрыва и т. д. Однако когда была выяснена атомарнаяструктура вещества, стало понятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Поскольку основной вид межатомного взаимодействия — электромагнитное, то, как оказалось, большинство этих сил — лишь различные проявления электромагнитного взаимодействия. Одно из исключений составляет, например, сила тяжести, причиной которой является гравитационное взаимодействие между телами, обладающими массой.

Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса вытекает из третьего закона Ньютона.

Нужно помнить, что этот закон действует только в замкнутой, или изолированной, физической системе. А замкнутой называют такую систему, в которой тела взаимодействуют только между собой и не взаимодействуют с внешними телами.

Представим замкнутую систему из двух физических тел. Силы взаимодействия тел друг с другом называют внутренними силами.

Импульс силы для первого тела равен

Согласно третьему закону Ньютона силы, которые действуют на тела при их взаимодействии, равны по величине и противоположны по направлению.

Следовательно, для второго тела импульс силы равен

Путём простых вычислений получаем математическое выражение закона сохранения импульса:

,

где m₁ и m₂ – массы тел,

v₁ и v₂ – скорости первого и второго тел до взаимодействия,

v₁' и v₂' – скорости первого и второго тел после взаимодействия.

_{p1 = m1 · v1} - импульс первого тела до взаимодействия;

_{p2 = m2 · v2} - импульс второго тела до взаимодействия;

p ₁'= m₁ · v₁' - импульс первого тела после взаимодействия;

p₂ '= m₂ · v₂' - импульс второго тела после взаимодействия;

То есть

p₁ + p₂ = p₁' + p₂'

В замкнутой системе тела только обмениваются импульсами. А векторная сумма импульсов этих тел до их взаимодействия равна векторной сумме их импульсов после взаимодействия.