Законы движения Ньютона

Три закона движения Ньютона — это основополагающие аксиомы, связывающие силы, действующие на тело, с его движением: закон инерции, закон F = dp/dt и закон действия и противодействия.

Definition

Законы движения Ньютона — это три аксиомы, утверждающие, что (1) скорость тела постоянна, если на него не действует равнодействующая сила, (2) равнодействующая сила, действующая на тело, равна скорости изменения его линейного импульса по времени, и (3) каждой силе действия соответствует равная и противоположная сила противодействия, действующая на другое тело.

Scope

Эта тема охватывает формулировку, интерпретацию и применение трех законов Ньютона: первого закона, определяющего инерциальные системы отсчета и инерцию; второго закона, связывающего равнодействующую силу со скоростью изменения импульса; и третьего закона равных и противоположных сил взаимодействия. Она включает анализ свободных тел, роль массы и условия применимости законов.

Core questions

• Что определяет инерциальную систему отсчета и почему первый закон предполагает ее существование?
• Как второй закон связывает силу, массу и ускорение?
• Почему силы взаимодействия всегда должны существовать в равных и противоположных парах?

Key concepts

• Инерция и инерционная масса
• Равнодействующая сила и диаграммы свободных тел
• Инерциальная система отсчета
• Пары «действие-противодействие»
• Уравнение движения

Key theories

Первый закон (закон инерции)

Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действует внешняя равнодействующая сила; это определяет инерцию и идентифицирует класс инерциальных систем отсчета, в которых действуют законы.

Второй закон (F = dp/dt)

Равнодействующая сила, действующая на тело, равна скорости изменения его линейного импульса по времени, сводясь к F = ma для постоянной массы и предоставляя центральное уравнение движения.

Третий закон (действие-противодействие)

Когда одно тело действует силой на второе, второе действует на первое равной и противоположно направленной силой, что лежит в основе сохранения импульса для изолированных систем.

Clinical relevance

Эти три закона применяются в статическом и динамическом анализе в инженерии, от расчета размеров несущих конструкций до проектирования тяговых и реактивных систем транспортных средств и ракет, и они остаются рабочей моделью для любого движения на повседневных скоростях и масштабах.

History

Ньютон сформулировал три закона как аксиомы в начале своей работы «Начала» (Principia) в 1687 году, основываясь на принципе инерции Галилея и понятии Декарта о сохраняющейся величине движения. Их точная формулировка в терминах импульса и различие инерциальных систем отсчета были уточнены более поздними авторами, но сами законы остались по существу неизменными как основа классической динамики.

Key figures

• Isaac Newton
• Galileo Galilei
• René Descartes

Seminal works

• newton1687
• taylor2005

Frequently asked questions

Является ли первый закон лишь частным случаем второго закона?

Не совсем. При нулевой равнодействующей силе второй закон дает нулевое ускорение, что выглядит как первый закон, но более глубокая роль первого закона состоит в утверждении существования инерциальных систем отсчета, в которых второй закон действителен.

Взаимно ли компенсируются силы действия и противодействия?

Нет. Они действуют на разные тела, поэтому они никогда не компенсируются на одном теле; компенсация произошла бы только в том случае, если бы обе силы действовали на один и тот же объект.