§2.1. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета.

1°. Динамика.
Динамика изучает механическое движение, с точки зрения  причин, придающих движению тот или иной характер. Для сравнения кинематика дает математическое описание механического движения, не останавливаясь на физических причинах того, почему движение происходит именно таким образом. Основу динамики составляют законы Ньютона, которые фактически представляют собой обобщение большого числа опытных фактов и наблюдений.
 

2°. Свободное тело
Свободным (изолированным) телом называется тело, на которое не действуют какие-либо другие тела, либо  внешние воздействия имеются, но они компенсируют друг-друга. (xxx).
Пример
Понятие свободного тела, с точки зрения полного отсутствия воздействий фактически является абстракцией, так как любые тела, даже находящиеся в далеком космосе, подвергаются в той или иной степени, гравитационному воздействию. А вот ситуация компенсации воздействий встречается очень часто, например карандаш ,лежащий на столе, подвергается гравитационному воздействию Земли, но оно компенсируется силой упругого воздействия поверхности стола.
Вопрос на понимание: свободно падающий камень это свободное или не свободное тело?
Ответ: конечно это не свободное тело так как на камень действует нескомпенсированное гравитационное воздействие со стороны Земли, а слово свободное используется в данном выражении в другом смысле.
 
 
3°. Первый закон Ньютона

Первый закон Ньютона гласит: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние, другими словами пока тело является свободным - оно либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.

Подробнее

Повседневный опыт говорит нам о том, что свободные тела покоятся. Поэтому долгое время считалось, что для поддержания, какого бы то ни было движения необходимо осуществлять нескомпенсированное внешнее воздействие со стороны других тел (что бы телега двигалась, ее должна тянуть лошадь). Но это оказалось неверным. Впервые ошибку заметил Галилео Галилей. Он обратил внимание на то, что когда утверждается, что для какого бы то ни было движения необходимо осуществлять нескомпенсированное внешнее воздействие, не учитывается фактор сопротивления среды. Далее путем мысленного эксперимента он показал, что с уменьшением сопротивления тело движется все дольше и дольше, из чего сделал вывод, что если сопротивление убрать совсем, то тело будет двигаться равномерно и прямолинейно бесконечно долго.

Свойство свободного тела сохранять скорость неизменной называется инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют ещё законом инерции. Равномерное прямолинейное движение свободного тела называется движением по инерции.
Однако как показывает эксперимент первый закон ньютона выполняется не всегда, будет ли он выполнятся зависит от выбора системы отсчета.
Системы отсчета в которых первый закон выполняется называют инерциальными, в которых не выполняется, соответствено не инерциальными.  

 

4°. Инерциальные и не инерциальные система отсчета.  
Система отсчета является инерциальной, если тело отсчета (§1.1.3°) покоится или движется без ускорения.
Наиболее часто встречающийся пример инерциальной СО - это Земля.
Примечание

На практике, мы часто связываем систему координат с поверхностью Земли - и считаем такую СО инерциальной. Но строго говоря это не совсем верно, так как все точки поверхности Земли движутся по окружностям (за исключением полюсов конечно) и, следовательно, обладают центростремительным ускорением. Однако, так как это ускорение очень мало (порядка 0,3% от ускорения свободного падения), им можно пренебречь.

Система отсчета будет не инерциальной, если тело отсчета этой системы движется ускоренно.

Пример не инерциальной СО

Представьте такую ситуацию. Вы находитесь в купе поезда, который должен вот-вот отойти от станции. Окна закрыты шторками - вы не видите, движется ли поезд или покоится.

Перед вами на столике лежит бильярдный шар, он неподвижен.

Вдруг, внезапно, шар начинает двигаться. Почему, что изменилось? А изменения произошли с системой отсчета (она по умолчанию связана с поездом), - поезд начал ускоренно двигаться, отходя от станции.

Т.о. мы видим, что свободное тело может изменять свою скорость, если рассматривать его с точки зрения системы отсчета, которая сама движется ускоренно.  

По умолчанию системы отсчета с которыми мы будем работать - являются инерциальными. 

5° Принцип относительности (равноправие всех инерциальных СО)
Галилей заметил, что, находясь в трюме корабля, никакими механическими опытами не возможно установить, покоится ли корабль или движется равномерно и прямолинейно. Это означает, что инерциальные системы отсчёта совершенно неотличимы друг от друга с точки зрения законов механики. Иными словами, верен принцип относительности Галилея.
Принцип относительности Галилея. Всякое механическое явление при одних и тех же начальных условиях (§1.1.6°) протекает одинаково в любой инерциальной системе отсчёта.
Впоследствии Эйнштейн распространил этот принцип с механических явлений на вообще все физические явления. Общий принцип относительности Эйнштейна лёг в основу теории относительности.
 
6° Причина изменения скорости тела.
Из первого закона Ньютона следует, что причина изменения скорости тела - нескомпенсированное  воздействие на него других тел.
 
 

Содержание №2

 

Содержание №3

 

Содержание №4