Pierwsza zasada dynamiki Newtona, zwana także zasadą bezwładności, głosi, że jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub siły działające na ciało równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.
Rozbijmy tę definicję na mniejsze, łatwiejsze do zrozumienia kroki:
Krok 1: Brak sił działających lub siły się równoważą. Oznacza to, że suma wszystkich sił działających na ciało jest równa zeru. Mówimy wtedy, że siła wypadkowa działająca na ciało jest zerowa. Na przykład:
- Książka leżąca na stole: Siła grawitacji ciągnie ją w dół, ale siła reakcji stołu (sprężystości) popycha ją w górę. Te siły są równe i przeciwne, więc się równoważą.
- Samochód jadący ze stałą prędkością po prostej drodze: Siła silnika napędza go do przodu, a siła oporu powietrza i siła tarcia opon działają przeciwnie. Jeśli samochód utrzymuje stałą prędkość, te siły się równoważą.
Krok 2: Spoczynek. Jeżeli ciało początkowo nie poruszało się, to przy braku siły wypadkowej, dalej będzie pozostawać w spoczynku. To jest dość intuicyjne. Przykłady:
- Piłka leżąca na boisku: Jeśli nikt jej nie kopnie (nie zadziała siłą), to sama z siebie się nie ruszy.
- Kubek na biurku: Pozostanie na swoim miejscu, dopóki go nie przesuniemy.
Krok 3: Ruch jednostajny prostoliniowy. Jeżeli ciało początkowo się poruszało, to przy braku siły wypadkowej, dalej będzie poruszać się po linii prostej ze stałą prędkością. To może być mniej intuicyjne, ponieważ w naszym codziennym życiu zawsze działają jakieś siły (np. tarcie).
- Hokejowy krążek ślizgający się po lodzie: Im bardziej gładka powierzchnia (mniejsze tarcie), tym dłużej krążek będzie poruszał się ze stałą prędkością. W idealnym przypadku, bez tarcia, poruszałby się w nieskończoność.
- Sonda kosmiczna w przestrzeni kosmicznej: Po osiągnięciu prędkości, sonda będzie poruszać się po linii prostej ze stałą prędkością, ponieważ w przestrzeni kosmicznej działają na nią bardzo małe siły (np. opór cząstek międzygwiezdnych).
Dlaczego Pierwsza zasada dynamiki Newtona jest ważna?
Zasada ta stanowi podstawę do zrozumienia bezwładności, czyli tendencji ciała do zachowywania swojego stanu ruchu. To ona wyjaśnia, dlaczego potrzebujemy pasów bezpieczeństwa w samochodzie – w razie nagłego hamowania nasze ciało, zgodnie z zasadą bezwładności, chce utrzymać swoją dotychczasową prędkość, co bez pasów mogłoby skutkować poważnymi obrażeniami.
Kolejnym praktycznym zastosowaniem jest projektowanie pojazdów kosmicznych. Znajomość zasady bezwładności pozwala na oszczędne planowanie trajektorii lotu. Raz wprawiony w ruch statek kosmiczny, w środowisku minimalnego oporu, będzie kontynuował swój ruch bez konieczności ciągłego używania silników.
