Перший закон Ньютона. Маса. Сила

Будь-який об’єкт, що знаходиться в спокої, буде залишатися у спокої, поки на нього не подіє зовнішня сила. Також і об’єкт, що рухається з незмінною швидкістю по прямій лінії, буде продовжувати рух, поки до нього не буде прикладена зовнішня сила.

Перше твердження, наведене вище, підтверджується особистим досвідом кожного. Наприклад, якщо ви залишаєте на лаві книгу, то вона залишиться в тому ж положенні, поки хто-небудь не зрушить її, тобто не докладе до неї силу. Якщо книга не знаходиться в тому місці, де ви її поклали, то єдиним розумним висновком стало те, що хтось «підштовхнув» або «потягнув» її в нове положення.

Друге твердження не настільки очевидне, як перше. Ви помічаєте, що об’єкт, що рухається по прямій лінії, наприклад уздовж лави в лабораторії, не зберігає одну і ту ж швидкість, а завжди сповільнюється і рано чи пізно зупиняється. Це може бути пояснено таким чином. Для того щоб змусити нерухомий об’єкт рухатися, потрібна сила, і також потрібна сила, для того щоб змусити рухомий об’єкт сповільнитися і зупинитися. Тому, якщо ви спостерігаєте, що рухомий об’єкт сповільнюється і зупиняється, ви можете зауважити, що його змушує це робити якась сила. Цією силою є сила тертя між об’єктом і поверхнею, по якій він рухається. Оскільки сила тертя (контактна сила) — сила взаємодії між об’єктом і поверхнею, на якій цей об’єкт рухається, не може бути повністю знищена, крім того, і повітря діє на об’єкт «гальмує силою», вельми важко наочно продемонструвати істинність цього другого твердження. Разом з тим якщо сила тертя зменшена до можливої межі, то може бути показано, що об’єкт, що рухається з певною швидкістю, проходить в цьому випадку набагато далі, ніж при наявності нормальної сили тертя. Наприклад, хокейна шайба, пущена по дерев’яній підлозі, швидко сповільниться внаслідок дії сили тертя між шайбою і деревом. Якщо точно так само пустити шайбу по льоду, то вона по ньому подолає набагато більшу відстань, ніж по дерев’яній підлозі, оскільки сила тертя на льоду менше.

Эффект зменшення сили тертя, що діє на рухомий об’єкт, може бути продемонстрований в лабораторії за допомогою пристосування для прямолінійного руху тіла на повітряній подушці, показаного на рисунку 3.4. Якщо злегка підштовхнути металевий повзунок — рейтер, коли повітряна подача вимкнена, то він пройде лише невелику відстань і зупиниться. Але коли включена подача повітря, рейтер зависне над доріжкою, підтримуваний подушкою повітря. Якщо тепер так само злегка підштовхнути рейтер, він пройде всю доріжку і навіть, якщо на кінцях доріжки натягнуті гумові стяжки, відскочить і подолає відстань доріжки кілька разів. Оскільки в цьому випадку гальмуючі сили зменшені, рейтер рухається набагато довше. Теоретично, якщо б на рухомий об’єкт не діяли сили гальмування, то цей об’єкт перебував у стані прямолінійного рівномірного руху. Таким чином, будь-який об’єкт, що рухається з незмінною (постійної) швидкістю по прямій лінії, не схильний до дії результуючої сили, відмінною від нуля. Якщо б на об’єкт впливала незбалансована сила, він би або прискорився, або сповільнилося, або змінив напрямок руху. Фактично перший закон Ньютона пояснює, що «робить» сила: вона змінює швидкість об’єкта.

Рейтер на повітряній подушці

Рис. 3.4. Рейтер на повітряній подушці