Автор: Самбук Екатерина учащаяся 9 ˝Б˝ класса УО ˝Климовичская районная Государственная гимназия имени И. С. Николаева˝ Научный руководитель: Карелина Татьяна Васильевна

Рис. 123 Вы уже знаете, что тело сохраняет состояние покоя, если на него не действуют силы или приложенные к нему силы компенсируют друг друга. А при каких условиях тело сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения? Повседневный опыт говорит : чтобы тело двигалось равномерно, его надо тянуть или толкать (рис. 123), прилагая силу. Прекратится действие силы – движущееся тело рано или поздно остановится. Так считали и известные ученые древности, например Аристотель. Опровергнуть эти представления удалось в первой половине ХVII в. Итальянскому ученому Галилео Галилею. Он применил метод, ставший в физике основным методом исследования: изучая явления природы, следует проверять каждую догадку, предложение, идею на опыте.

Проведем опыт, подобный опытам Галилея. Пустим с некоторой высоты железный шарик по наклонному желобу (рис. 124). Шарик скатывается с желоба и продолжает движение по горизонтальной поверхности стола, покрытого: либо тканью (рис. 124, а), либо картоном (рис. 124, б), либо стеклом (рис. 124, в). Опыт показывает, что по стеклу шарик прокатится дальше всего. Почему? Потому что в этом случае трение было наименьшим. А если бы трения не было совсем? На шарик действовали бы только две силы: сила тяжести и сила упругости (рис. 125), компенсирующие друг друга. Шарик двигался бы с постоянной скоростью как угодно долго.

Галилей сделал вывод: скорость движения тела остается постоянной, если на тело не действуют силы или действуют, но они компенсирую друг друга. Такое движение называют движением по инерции. В земных условиях на тело всегда действуют силы. Астрономические наблюдения за космическими аппаратами, запущенными исследования отдаленных планет и покинувшими Солнечную систему, подтверждают: для движения по инерции никакие силы не нужны.

Идеи Галилея получили развитие в работах Ньютона. В 1687 г. Ньютон высказал важнейшее утверждение, которое можно сформулировать так: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не действуют силы. Это утверждение является первоначальной формулировкой первого закона Ньютона, или закона инерции. В нем заключена главная идея механики. Действовать на тело силой необходимо не для того, чтобы сохранить его скорость постоянной, а чтобы изменить ее. Сила нужна как для изменения модуля скорости, так и для изменения ее направления. Всякое тело как бы «стремится» сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Именно поэтому автомобиль «заносит» на повороте, пассажиров «бросает» вперед, когда автобус резко тормозит (рис. 126), и т. д. Назовем тело, на которое не действуют силы (или действуют, но компенсируют друг друга), свободным телом. Согласно Галилею и Ньютону свободные тела должны двигаться с постоянной скоростью. Мы знаем, что характеристики движения относительны, т. е. зависят от выбора системы отсчета.

Проведем опыт. Тележку с находящимся на ней игрушечным автомобилем будет двигать равномерно и прямолинейно (рис. 127, а). Относительно тележки автомобиль покоится, а относительно Земли – движется с постоянной скоростью, равной скорости тележки. Резко ускорим движение тележки. Автомобиль прокатится по тележке назад (рис. 127, б). А если резко замедлить движение тележки? Автомобиль покатиться по тележке вперед (рис. 127, в).

Кажется, что автомобиль двигала какая-то сил. На самом деле такай силы нет. Сила тяжести и упругости, действующие на автомобиль, компенсируют друг друга. Сила трения пренебрежимо мала. Автомобиль двигался как свободное тело. При этом он сохранял неизменной свою скорость относительно Земли, но не относительно тележки во время ее разгона и торможения. Таким образом: - относительно системы отсчета «Земля» свободное тело (автомобиль) движется с постоянной скоростью; - относительно системы отсчета «тележка»: а) свободное тело сохраняет свою скорость постоянной, только когда тележка движется равномерно; б) во время разгона и торможения тележки скорость свободного тела изменяется. Системы отсчета, относительно которых свободные тела покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, называются инерциальными. Системы отсчета, относительно которых свободные тела движутся с ускорением, - неинерциальными.

Галилео Галилей Исаак Ньютон Существование систем отсчета, близких к инерциальным, - важнейший экспериментальный факт. В связи с этим первому закону Ньютона дают следующую формулировку: существуют системы отсчета, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно. Первый закон Ньютона подтвержден всем развитием физики применением ее законов на практике на протяжении почти четырех столетий. Теперь для образованных людей естественны представления о движении Галилея и Ньютона, а ни Аристотеля.

Главный вывод: 1. Закон инерции в формулировке Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока на него не подействуют силы. 2. Первый закон Ньютона в современной формулировке: существуют системы отсчета, относительно которых свободные тела движутся равномерно и прямолинейно. 3. Системы отсчета, относительно которых свободные тела покоятся или движутся равномерно и прямолинейно, называются инерциальными.