До історії законів динаміки Ньютона, Об’єднання вчителів Санкт-Петербурга
Перший закон. У цьому законі Ньютона відбито найважливіше властивість тіл — інертність: доки тіло не діють зовнішні сили, воно рухається постійно у тому самому напрямі з незмінною швидкістю. Цей закон пов'язаний із законом незалежності дії сил, який був сформульований до Ньютона Галілеєм. Якщо на тіло, що рухається під дією деякої сили, подіє нова сила, то новий рух складеться з колишнього і з того руху, який отримав би тіло під дією нової сили, будучи в стані спокою.
Поєднання законів Ньютона і Галілея є важливим для розуміння сутності того, що ми називаємо інертністю. Адже у навколишньому світі на тіла завжди діють зовнішні сили. Реальна лише ситуація, за якої сили врівноважені. Інертність проявляється в тому, що якщо тіло рухалося в якомусь напрямку зі швидкістю, і нова сила повідомляє йому швидкість в іншому напрямку, то новий рух відбуватиметься зі швидкістю. Якщо з'явиться ще одна сила, яка повідомить йому швидкість, вона просто додасться до суми, не змінивши колишніх величин. Це один із виразів загального принципу суперпозиції, який однаково відноситься і до сил, і до результатів їхньої дії.
Другий закон. Зміна кількості руху пропорційно доданої рушійної сили і відбувається у тому напрямку, яким ця сила діє. У математичній формі цей закон виражається так:
Ньютон у цьому законі розглядає твір маси на швидкість як особливу механічну величину – кількість руху (імпульс) та ефект діїсили оцінює саме зміни цієї величини. С. І. Вавілов у книзі «Ісаак Ньютон» показав, що в такій формі другий закон застосовний і в релятивістській динаміці. Тільки в окремому випадку, коли маса тіла не залежить від швидкості і не змінюється з часом, ми можемо написати і, поділивши обидві частини рівності на ?t, перейти до приватної форми закону: . Далі, С.І. Вавілов показав, що другий закон динаміки Ньютона дає можливість просто витлумачити факт тиску електромагнітного випромінювання. Нехай випромінювання падає на поглинаючий майданчик. Тоді зміна його імпульсу буде: . З іншого боку, зміна кількості руху, розрахована на одиницю площі в секунду, дорівнюватиме тиску р. Отже р = mс. Згідно з максвеллівською теорією світла, підтвердженою дослідами П.М. Лебедєва, тиск світла (однієї форми електромагнітного, випромінювання): , де w — щільність потоку випромінювання. Звідси чи . Ми приходимо до зв'язку між енергією та масою електромагнітного випромінювання. Якщо випромінювання складається з одного фотона з частотою?, то w = h?, і ми отримуємо вираз для маси фотона. Ньютонівська форма другого закону динаміки плідна і на практиці. Наприклад, всі механічні ефекти в гідро- та аеродинаміці оцінюються саме за зміною кількості руху. При виведенні основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії в основу кладеться закон у ньютонівській формі. У цьому один із виразів дивовижної прозорливості Ньютона, яку підкреслював С.І. Вавілов. Ньютонівська форма другого закону має один важливий дидактичний аспект. Написавши закон у вигляді , ми приходимо до простого трактування важкого поняття сили. Можна стверджувати, що сила — причина зміни кількості руху тіла і пов'язана завжди з взаємодією тіла, що рухається з іншими тілами призіткненні або на відстані, є мірою цієї взаємодії. Далі оголюється зв'язок першого і другого законів динаміки і встановлюється міра тієї властивості, яку ми називаємо інерцією. З другого закону в ньютонівській формі випливає, що при , тобто ми приходимо до першого закону *. Змінити стан руху тіла за даної масі тим складніше, що більше його імпульс. Це має багато життєвих ілюстрацій. Спільність ньютонівського формулювання другого закону динаміки підкреслюється ще одним фактом. У зв'язку з розвитком ракетної техніки природно виникла проблема вирішення завдань, пов'язаних з рухом тіл змінної маси. Приватна форма закону не давала змоги навіть поставити завдання. Вперше розпочав вирішення проблем механіки тіл змінної маси професор Петербурзького політехнічного інституту Іван Всеволодович Мещерський (1859—1935). Він виходив саме з ньютонівської форми закону, де.
* На наш погляд, це твердження не зовсім правильно. Роль першого закону полягає у завданні правила вибору систем відліку, у яких виконуються закони класичної динаміки, а чи не просто у констатації сталості імпульсу (швидкості) за відсутності зовнішніх впливів. (В.Є.Фрадкін)