При движении тела по линии движения его скорость может изменяться по модулю и направлению. Это значит, что тело двигается с неким ускорением . В кинематике не ставится вопрос о физической причине, вызвавшей ускорение движения тела. Как указывает опыт, хоть какое изменение скорости тела появляется под воздействием других тел.

Динамика рассматривает действие одних тел на другие как причину, определяющую нрав движения тел. Взаимодействием тел принято именовать обоюдное воздействие тел на движение каждого из их.

Раздел механики, изучающий законы взаимодействия тел, именуется динамикой. Законы динамики были открыты величавым ученым И. Ньютоном (1687 г.). Три закона динамики, сформулированные Ньютоном, лежат в базе так именуемой традиционной механики. Законы Ньютона следует рассматривать как обобщение опытнейших фактов. Выводы традиционной механики справедливы только при движении тел с малыми скоростями, существенно наименьшими скорости света c. Самой обычный механической системой является изолированное тело, на которое не действуют никакие тела. Потому что движение и покой относительны, в разных системах отсчета движение изолированного тела будет различным. В одной системе отсчета тело может находиться в покое либо двигаться с неизменной скоростью, в другой системе это тело может двигаться с ускорением.

1-ый закон Ньютона (либо закон инерции) из всего обилия систем отсчета выделяет класс так именуемых инерциальных систем. Есть такие системы отсчета, относительно которых изолированные поступательно передвигающиеся тела сохраняют свою скорость постоянной по модулю и направлению. Свойство тел сохранять свою скорость при отсутствии деяния на него других тел именуется инерцией. Потому 1-ый закон Ньютона именуют законом инерции. В первый раз закон инерции был сформулирован Г. Галилеем (1632 г.). Ньютон обобщил выводы Галилея и включил их в число главных законов движения. В механике Ньютона законы взаимодействия тел формулируются для класса инерциальных систем отсчета. При описании движения тел поблизости поверхности Земли системы отсчета, связанные с Землей, приближенно можно считать инерциальными. Но, при повышении точности тестов, обнаруживаются отличия от закона инерции, обусловленные вращением Земли вокруг собственной оси. Примером узкого механического опыта, в каком проявляется неинерциальность системы, связанной с Землей, служит поведение маятника Фуко.

Так именуется мощный шар, подвешенный на довольно длинноватой нити и совершающий малые колебания около положения равновесия. Если б система, связанная с Землей, была инерциальной, плоскость качаний маятника Фуко оставалась бы постоянной относительно Земли. По сути плоскость качаний маятника вследствие вращения Земли поворачивается, и проекция линии движения маятника на поверхность Земли имеет вид розетки (рис. 1.7.1).

1

Набросок 1.7.1. Поворот плоскости качаний маятника Фуко.

С высочайшей степенью точности инерциальной является гелиоцентрическая система отсчета (либо система Коперника), начало которой помещено в центр Солнца, а оси ориентированы на дальние звезды. Эту систему использовал Ньютон при открытии закона глобального тяготения (1682 г.). Инерциальных систем существует нескончаемое огромное количество. Система отсчета, связанная с поездом, идущим с неизменной скоростью по прямолинейному участку пути, – тоже инерциальная система (приближенно), как и система, связанная с Землей. Все инерциальные системы отсчета образуют класс систем, которые движутся друг относительно друга умеренно и прямолинейно. Ускорения какого-нибудь тела в различных инерциальных системах схожи. Итак, предпосылкой конфигурации скорости движения тела в инерциальной системе отсчета всегда является его взаимодействие с другими телами. Для количественного описания движения тела под воздействием других тел нужно ввести две новые физические величины – инертную массу тела и силу.

Масса – это свойство тела, характеризующее его инертность. При схожем воздействии со стороны окружающих тел одно тело может стремительно изменять свою скорость, а другое в тех же критериях – существенно медлительнее. Принято гласить, что 2-ое из этих 2-ух тел обладает большей инертностью, либо, другими словами, 2-ое тело обладает большей массой. Если два тела ведут взаимодействие вместе, то в итоге меняется скорость обоих тел, другими словами в процессе взаимодействия оба тела получают ускорения. Отношение ускорений 2-ух данных тел оказывается неизменным при всех воздействиях. В физике принято, что массы взаимодействующих тел назад пропорциональны ускорениям:

  В этом соотношении величины и следует рассматривать как проекции векторов и на ось OX (рис. 1.7.2). Символ «минус» в правой части формулы значит, что ускорения взаимодействующих тел ориентированы в обратные стороны. В Интернациональной системе единиц (СИ) масса тела измеряется в килограммах (кг). Масса хоть какого тела может быть определена на опыте методом сопоставления с массой образца (mэт = 1 кг). Пусть m1 = mэт = 1 кг. Тогда

  Масса тела – скалярная величина. Опыт указывает, что если два тела с массами m1 и m2 соединить в одно, то масса m составного тела оказывается равной сумме масс m1 и m2 этих тел:

m = m1 + m2.

  Это свойство масс именуют аддитивностью.

2

Набросок 1.7.2. Сопоставление масс 2-ух тел.

Сила – это количественная мера взаимодействия тел. Сила является предпосылкой конфигурации скорости тела. В механике Ньютона силы могут иметь различную физическую причину: сила трения, сила тяжести, упругая сила и т. д. Сила является векторной величиной. Векторная сумма всех сил, действующих на тело, именуется равнодействующей силой. Для измерения сил нужно установить идеал силы и метод сопоставления других тел с этим образцом. В качестве образца силы можно взять пружину, растянутую до некой данной длины. Модуль силы F0, с которой эта пружина при фиксированном растяжении действует на прикрепленное к ее концу тело, именуют образцом силы. Метод сопоставления других тел с образцом состоит в последующем: если тело под действием измеряемой силы и эталонной силы остается в покое (либо движется умеренно и прямолинейно), то силы равны по модулю F = F0 (рис. 1.7.3).

3

Набросок 1.7.3. Сопоставление силы с образцом. .

Если измеряемая сила F больше (по модулю) эталонной силы, то можно соединить две эталонные пружины параллельно (рис. 1.7.4). В данном случае измеряемая сила равна 2F0. Аналогично могут быть измерены силы 3F0, 4F0 и т. д.

4

Набросок 1.7.4. Сопоставление силы с образцом. .

Измерение сил, наименьших 2F0, может быть выполнено по схеме, показанной на рис. 1.7.5.

5

Набросок 1.7.5. Сопоставление силы с образцом. .

Эталонная сила в Интернациональной системе единиц именуется ньютон (Н). На практике нет необходимости все измеряемые силы ассоциировать с образцом силы. Для измерения сил употребляют пружины, откалиброванные описанным выше методом. Такие откалиброванные пружины именуются динамометрами. Сила измеряется по растяжению динамометра (рис. 1.7.6).

6

Набросок 1.7.6. Измерение силы по растяжению пружины. При равновесии