Сила і маса 1
Закони Ньютона - три закони, що лежать в основі класичної механіки і дозволяють записати рівняння руху для любоймеханіческой системи.
Перший закон Ньютона постулює існування інерційних систем відліку.
Інерція - це властивість тіла зберігати свою швидкість руху незмінною (і за величиною, і за направленням), коли на тіло не діють ніякі сили. Щоб змінити швидкість руху тіла, на нього необхідно подіяти з деякою силою. Природно, результат дії однакових за величиною сил на різні тіла буде різним. Таким чином, кажуть, що тіла мають різну інертністю. Інертність - це властивість тіл чинити опір зміні їх швидкості. Величина інертності характеризується масою тіла.
Існують такі системи відліку, звані інерційних, щодо яких матеріальні точки, коли на них не діють ніякі сили (або діють сили взаємно врівноважені), знаходяться в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху.
Другий закон Ньютона - диференційний закон руху, що описує взаємозв'язок між прикладеною до матеріальної точці силою і получающимся від цього прискоренням цієї точки. Фактично, другий закон Ньютона вводить масу як міру прояви інертності матеріальної точки в обраної інерціальній системі відліку (ІСО).
Маса матеріальної точки при цьому покладається величиною постійною в часі і незалежної від будь-яких особливостей її руху і взаємодії з іншими тілами.
В інерціальній системі відліку прискорення, яке отримує матеріальна точка з постійною масою, прямо пропорційно рівнодіючої всіх доданих до неї сил і обернено пропорційно її масі.
При відповідному виборі одиниць виміру, цей закон можна записати у вигляді формули:
де - прискорення матеріальної точки;
- рівнодіюча всіх сил, прикладених до матеріальної точці;
- маса матеріальної точки.
Другий закон Ньютона може бути також сформульовано в еквівалентній формі з використанням поняття імпульс:
В інерціальній системі відліку швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює рівнодіючої всіх доданих до неї зовнішніх сил.
де - імпульс точки, - її швидкість, а - час. При такому формулюванні, як і за попередньої, вважають, що маса матеріальної точки незмінна в часі.
Іноді робляться спроби поширити сферу застосування рівняння і на випадок тіл змінної маси. Однак, разом з таким розширювальним тлумаченням рівняння доводиться істотно модифікувати прийняті раніше визначення і змінювати зміст таких фундаментальних понять, як матеріальна точка, імпульс і сила.
Третій закон Ньютона
Цей закон описує, як взаємодіють дві матеріальні точки.
Матеріальні точки взаємодіють один з одним силами, що мають однакову природу, які спрямовані вздовж прямої, що з'єднує ці точки, рівними по модулю і протилежними за напрямком:
Закон стверджує, що сили виникають лише попарно, причому будь-яка сила, що діє на тіло, має джерело походження у вигляді іншого тіла. Інакше кажучи, сила завжди є результат взаємодії тіл. Існування сил, що виникли самостійно, без взаємодіючих тіл, неможливо.
Маса - маса тісно пов'язана з поняттями «енергія» і «імпульс» (за сучасними уявленнями - маса еквівалентна енергії спокою). Маса проявляється в природі декількома способами.
Пасивна гравітаційна маса показує, з якою силою тіло взаємодіє з зовнішніми гравітаційними полями - фактично ця маса покладена в основу виміру маси зважуванням в сучасній метрології.
Активна гравітаційна маса показує, яке гравітаційне поле створює саме це тіло - гравітаційні маси фігурують в законі всесвітнього тяжіння.
Інертна маса характеризує інертність тіл і фігурує в одній з формулювань другого закону Ньютона. Якщо довільна сила в інерціальній системі отсчётаодінаково прискорює різні початково нерухомі тіла, цим тілам приписують однакову інертну масу.
Гравітаційна і інертна маси рівні один одному (з високою точністю - порядку 10-13 - експериментально, а в більшості фізичних теорій, в тому числі всіх, підтверджених експериментально - точно), тому в тому випадку, коли мова йде не про «нової фізики» , просто говорять про масу, не уточнюючи, яку з них мають на увазі.
У класичній механіці маса системи тіл дорівнює сумі мас складових її тел. У релятивістській механіці маса не є адитивною фізичною величиною, тобто маса системи в загальному випадку не дорівнює сумі мас компонентів, а включає в себе енергію зв'язку, а також енергію руху частинок один щодо одного.
Прямі узагальнення поняття маси включають в себе такі тензорні характеристики як момент інерції, і такі характеристики інерційних властивостей системи «тіло плюс середовище», як приєднану масу і ефективну масу, що використовуються в гідродинаміки і квантової теорії. У квантовій теорії розглядаються також поля з нестандартними кинетическими членами (наприклад, поле Хіггса), які можна розглядати як поля, маса квантів яких залежить від їх енергії.
Сила - векторна фізична величина, що є мірою інтенсивності впливу на дане тіло інших тіл, а також полів. Прикладена кмассівному тілу сила є причиною зміни його швидкості або виникнення в ньому деформацій і напружень.
Сила як векторна величина характеризується модулем, напрямком і «точкою» додатка сили.
Другий закон Ньютона говорить, що в інерційних системах відліку прискорення матеріальної точки у напрямку збігається з рівнодіюча всіх сил, прикладених до тіла, а по модулю прямо пропорційно модулю сили і обернено пропорційно масі матеріальної точки. Або, що еквівалентно, швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює прикладеній силі.
При додатку сили до тіла кінцевих розмірів в ньому виникають механічні напруги, що супроводжуються деформаціями.
З точки зору Стандартної моделі фізики елементарних частинок фундаментальні взаємодії (гравітаційне, слабке, електромагнітне, сильне) здійснюються за допомогою обміну так званими калібрувальними бозонами. Експерименти з фізики високих енергій, проведені в 70-80-х рр. XX ст. підтвердили припущення про те, що слабке і електромагнітне взаємодії є проявами більш фундаментального електрослабкої взаємодії.
Розмірність сили - LMT-2, одиницею виміру в Міжнародній системі одиниць (СІ) є ньютон (N, Н), в системі СГС - Діна.