Принципы классической механики

Понятие равнодействующей силы позволяет уточнить формулировку первого закона Ньютона. Дело в том, что реальных ситуаций, когда на тело не оказывалось бы воздействие, не существует. Поэтому изолированное тело — тело, на которое не оказывается внешнее воздействие, — это ещё одна модель классической механики. Однако тело можно считать изолированным, если равнодействующая действующих на него сил равна нулю. С учётом этого первый закон Ньютона можно сформулировать таким образом:

существуют системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения или покоя, если равнодействующая сил, действующих на это тело, равна нулю.

Рассмотрим равномерное прямолинейное движение самолёта. На самолёт действуют четыре силы (рис. 37, а): сила тяжести, подъёмная сила, сила тяги двигателя, и сила сопротивления воздуха. Векторная сумма этих сил, т. е. равнодействующая сила, равна нулю: горизонтально и вертикально направленные силы попарно компенсируют друг друга, а значит, согласно первому закону Ньютона, тело не будет изменять скорость.

прямолинейное движение самолёта

Для того чтобы самолёт увеличил скорость, пилот увеличивает силу тяги, и сила сопротивления воздуха перестаёт её компенсировать (рис. 37, б). В такой ситуации равнодействующая уже не равна нулю, и самолёт движется ускоренно.

Принцип относительности

2. Важным принципом классической механики является принцип относительности. Этот принцип был впервые сформулирован Галилеем, поэтому его можно отнести к основанию теории. Однако важность этого принципа позволяет включить его в ядро классической механики.

Чтобы понять суть принципа относительности, обратимся к предложенному Галилеем мысленному эксперименту. Галилей предлагал представить просторное помещение без окон под палубой корабля. Пока корабль стоит неподвижно, можно наблюдать, как происходят различные механические явления: как летают мухи, как плавают рыбки в аквариуме, как капает вода из подвешенного сосуда в стоящий под ним другой сосуд. Затем следует наблюдать те же явления, когда корабль движется равномерно и прямолинейно. Во всех наблюдаемых явлениях как в случае покоя, так и в случае равномерного прямолинейного движения, согласно Галилею, невозможно будет обнаружить никаких различий. Поэтому ни по одному из этих явлений нельзя установить, движется корабль или нет.

Таким образом,

все механические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта при одинаковых начальных условиях.

В этом состоит принцип относительности, часто называемый принципом относительности Галилея. Впоследствии принцип относительности был обобщён немецким физиком Альбертом Эйнштейном (1879—1955) на все явления природы.

<<< К началу Окончание >>>