Ньютон и рождение классической механики
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал «Математические начала натуральной философии» — книгу, изменившую науку. Три закона движения и закон всемирного тяготения объяснили всё: от падения яблока до движения планет. Ньютон создал первую великую физическую теорию, позволявшую делать точные количественные предсказания.
Первый закон (закон инерции)
Тело остаётся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы (или их действие скомпенсировано). Это кажется очевидным, но противоречит интуиции Аристотеля, считавшего, что для поддержания движения нужна постоянная сила. Инерция — свойство тела сопротивляться изменению скорости. Пассажир в автобусе при резком торможении «продолжает двигаться вперёд» — это инерция.
Второй закон (основной закон динамики)
F = ma — ускорение тела прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе. Или: сила равна произведению массы на ускорение. Это самая важная формула классической механики. Если к автомобилю массой 1000 кг приложить силу 5000 Н, ускорение составит 5 м/с². Двигатель большей мощности даёт большую силу, а значит — большее ускорение.
Третий закон (действие и противодействие)
Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Ракета выбрасывает газы вниз — газы толкают ракету вверх. Когда ты идёшь, ты отталкиваешься от земли назад — земля толкает тебя вперёд. Весло давит на воду — вода толкает лодку вперёд.
Ограничения
Законы Ньютона работают превосходно для скоростей, много меньших скорости света, и объектов размером много больше атомов. При скоростях, сравнимых со световой, нужна специальная теория относительности Эйнштейна. В мире атомов и электронов — квантовая механика. Ньютоновская механика — частный, но невероятно точный и полезный случай.