Pierwsza zasada dynamiki Newtona, pamiętacie jak brzmi? Poniżej postaramy się krótko i najprościej jak to możliwe wyjaśnić sens tej fundamentalnej zasady z lekcji fizyki. Jest to akurat jedna z tych teorii z którymi mamy do czynienia na co dzień, przez całe życie i praktycznie nieustannie. Najważniejsze jest jej zrozumienie, niekoniecznie wykucie na pamięć regułki.
Jak brzmi definicja pierwszej zasady dynamiki Newtona?
W inercjalnym układzie odniesienia, jeśli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Żródło: Wikipedia.org
Spróbujmy teraz tą zasadę przekształcić na trochę bardziej „dostępny” i zrozumiały język.
Czym jest inercjalny układ odniesienia?
Inercjalnym układem odniesienia nazywamy po prostu taki układ w którym wszystkie znajdujące się w nim ciała (np. przedmioty) poruszają się bez żadnego przyspieszenia (czyli ruchem jednostajnym prostoliniowym – cały czas jadą do przodu np. 10 km/h, nie zwalniają i nie przyspieszają) lub stoją w miejscu.
Wyjaśnienie pierwszej zasady dynamiki Newtona
Wyobraźmy sobie taką sytuację, że na podłodze stoi dość ciężka paczka od kuriera. Jest ona nieruchoma ponieważ nie działa na nie żadna siła czyli np. nikt jej nie przesuwa lub działające siły się równoważą (np. chcemy ją przepchnąć, ale za słabo i nie możemy przewyższyć siły tarcia. Oznacza to, że jeżeli na dane ciało (w tym przypadku paczkę) nie będziemy działać odpowiednią siłą to nie będzie się ona poruszać (ciało pozostanie w spoczynku).
Paczka ta pozostanie także w spoczynku jeżeli nie zadziałamy na nią odpowiednio dużą siłą. Próbując przesunąć ciężką paczką działając na nią leciutko małym palcem nie przesuniemy jej. Jest to spowodowane faktem, ze działające na paczkę siły – nasz mały palec próbujący ja przesunąć i siła tarcia działająca w drugą stronę i utrudniająca przesunięcie się równoważą i nie jesteśmy w stanie wprawić paczki w ruch (przesunąć jej).
Jeżeli jednak paczkę przesuniemy wkładając w to odpowiednio dużo siły to siły działające na nią już się nie równoważą ponieważ pokonaliśmy siłę tarcia i paczka zaczęła się poruszać.
Podobnie sytuacja wygląda przy części pierwszej zasady dynamiki mówiącej o tym, że na ciało poruszające się ruchem jednostajnie prostolinijnym na które nie działa żadna siła lub gdy działające siły się równoważą to będzie się ono dalej poruszało ruchem jednostajnym prostolinijnym.
Pamiętamy, ze pierwsza zasada dynamiki zakłada, ze znajdujemy się w układzie w którym ciała są albo w spoczynku albo poruszają się właśnie ruchem bez żadnego przyspieszenia. Jeżeli jakieś ciało porusza się prędkością stałą np. samochód jedzie 10 km/h w próżni to nie działając na nie żadną dodatkową siłą ciało to będzie cały czas poruszało się tą samą prędkością, ani nie przyspieszy ani nie zwolni. Jeżeli doprowadzimy do sytuacji, że pojawią się dodatkowe siły np. naciskając hamulec, to siła tarcia hamulców doprowadzi do zmiany prędkości i samochód zacznie zmniejszać prędkość.
W skrócie
Podsumowując, pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi o tym, że do poruszenia danego ciała potrzebna jest odpowiednio duża siła, która przewyższy siły utrzymujące to ciało w miejscu np. musimy przewyższyć tarcie przy przesuwaniu. Jeżeli jakieś ciało się już porusza to aby zmienić jego prędkość także potrzebna jest odpowiednia siła, która doprowadzi do zmiany prędkości.