Закони на Нютон са законите на класическата механика, които позволяват да се запишат уравненията на движение за всяка механична система.

newton-port2-75

Уравненията на Нютон се предшестват от опитите на Галилей, свързани с търкаляне на сфери по наклонени плоскости. Галилей открива закономерност, съгласно която сферите падащи от дадено вертикално разстояние (дори и сферите да изминават различно хоризонтално разстояние), винаги достигат еднаква скорост. Галилей дори успява да изведе втория закон на Нютон за дадения случай, въвеждайки понятието сила (в случая действаща върху частицата). Нютон по-късно разбира, че законът, открит от Галилей за дадения частен случай, е приложим за всички случаи. По такъв начин вторият закон на Нютон е изведен чрез математическа индукция от опитни данни.

Първият закон на Нютон гласи, че една затворена система продължава да е в състояние на покой или праволинейно равномерно движение.По своята същност, законът постулира инертността на телата. Това може би изглежда очевидно в днешно време, но не винаги е било така, особено в началото на природните изследвания. Така например, Аристотел твърди, че причината на всяко движение е силата, т.е. в неговата система отсъства движение по инерция.
На какво всъщност влияе силата, диктува Вторият закон на Нютон: сила, действаща на системата отвън, води до ускорение на системата F = ma.Трябва да отбележим, че ако системата е затворена, то върху нея не въздействат никакви външни сили. Следователно по втория закон на Нютон,нейното ускорение е нула, което означава, че тя може да се движи само с постоянна скорост. По такъв начин първият закон на Нютон се явява частен случай на втория.
Третият закон на Нютон обяснява какво става с две взаимодействащи си тела. Да вземем за пример затворена система,състояща се от две тела. Първото тяло може да въздейства на второто с някаква сила F12, а второто върху първото със сила F21.Какво е взаимоотношението между двете сили? Третият закон на Нютон утвърждава: силата на действие е равна по абсолютна стойност и противоположна по направление на силата на противодействие, F21 = −F12. Трябва да подчертаем, че тези сили са приложени към различни системи, и поради това съвсем не се компенсират.

Сили на инерцията

Ако трябва да сме напълно точни, законите на Нютон са верни само в инерциални отправни системи. Ако трябва да запишем уравненията на движение в неинерциална отправна система, то те ще се отличават по вид от втория закон на Нютон. Обаче ако опростим нещата и добавим даде на фиктивна “сила на инерцията”, то тогава уравненията придобиват отново вид подобен на втория закон на Нютон. Математически това е коректно, но от гледна точка на физическата реалност, не трябва да приемаме новата фиктивна сила за реално съществуваща в резултат на някакво реално взаимодействие. Трябва да се подчертае, че “силата на инерция” е само една удобна параметризация, характеризираща начина, по който се различават законите за движение в инерциални и неинерциални отправни системи.

Законите на Нютон и лагранжевата механика

Законите на Нютон не са най-дълбокият начин да се формулира класическата механика. В рамките на лагранжевата механика съществува една единствена формула (описание на механическото действие) и един единствен резултат (телата се движат така, че действието да е минимално) и от тях могат да бъдат изведени всички закони на Нютон.Освен това, в рамките на лагранжевия формализъм могат лесно да бъдат разглеждани хипотетични ситуации, в които действието приема какъв да е вид. При този процес, уравненията за движение вече престават да приличат на законите на Нютон, но при това самата класическа механика си остава все така приложима.

Решаване на уравненията за движение

Уравнението F = ma (т.е. вторият закон на Нютон) е диференциално уравнение от втори ред, защото ускорението е втора производна на координатите спрямо времето. Това означава, че еволюцията на механичната система във времето може да се определи еднозначно, ако знаем нейните начални координати и скорости. Трябва да се отбележи, че ако уравненията описващи нашия свят, бяха от първи ред, то от света биха изчезнали явления като инерцията, колебанията и вълните.

История на законите на Нютон

Нютонови закони на движение

В началото на своята книга „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” („Математически принципи на натурфилософията”, 1687) сър Исак Нютон (1642 – 1727) обединява трите закона, наречени на негово име, и ги постановява като научна база за изучаване на движението. Това е най-прочутият от всички приноси на големия английски учен в областта на физиката. Преди това всеки от тези закони е бил излаган отделно от другите.

Първи закон на Нютон

Първият закон на Нютон е: „Всяко тяло продължава своето състояние на покой или равномерно движение по права линия, освен ако е принудено да промени това си състояние чрез сили, приложени върху него.” Неговото най-старо изложение е в китайската книга „Мао Джин” от около 300 г. пр. Хр. Тази работа е едно описание на възгледите на философа Мао Дзу, заедно с философски и научни дефиниции и теореми, подготвени от неизвестни последователи на Мао, част от които е този закон.

Втори закон на Нютон

Между времето на Мао и непосредствените предшественици на Нютон първият закон е формулиран нееднократно. Обаче първите учени, достигнали до втория и третия закон, не са ги изложили като Нютон. Великият италиански физик Галилео Галилей (1564 -1642) е използвал втория закон: че промяната на движението е пропорционална на приложената сила и става в посока на правата, по която действа тази сила.

Трети закон на Нютон

През шейсетте години на XVII век холандският учен Кристиян Хюгенс ван Зуйлихем (1629 – 1693) е позна¬вал третия закон: „На всяко действие има равно и обратно противодействие.” Познавал го е и англичанинът сър Кристофър Рен (1632-1723), който го е включил в работа от 1668 г.

Повече за гравитацията: https://www.chitatel.net/gravitation/

Идея за гравитацията: https://www.chitatel.net/idea-of-gravity/

предишна статияГенетиката – да погледнем в бъдещето без да вредим…
Следваща статияФундаментални взаимодействия в природата