Първи закон на Нютон

Първи закон на Нютон (закон за инерцията на Галилео).

В това видео искам да поговорим малко
за първия закон на Нютон за движението.

Това е преводът на Законите на Нютон
от латински на английски.

И така, първият закон: всяко тяло запазва
състоянието си на покой.

Състояние на на покой или на равномерно
и праволинейно движение дотогава,

докато външна сила не го изведе от това състояние.

Нека перифразираме по друг начин това:

Всяко тяло остава в покой
или се движи с постоянна скорост,

освен ако не е принудено
да промени състоянието си от някаква сила –

освен ако не му е приложена сила,
особено небалансирана сила,

и ще обясня това след секунда.

Ако имам нещо, което е в покой,
напълно в покой.

Това е нещо, което сме виждали преди.

Да речем, че имам камък.

Имам камък на някакво място
и той лежи на поле с трева.

Мога да наблюдавам този камък непрекъснато

и е малко вероятно той да се движи –
приемаме, че нищо не се случва с него.

Ако няма никаква сила, приложена на този камък,
той просто ще си стои там.

Първата част е доста очевидна:

всяко тяло съществува
в състояние на покой.

Освен ако някаква сила не му е приложена.

Ясно е, че камъкът ще остане в покой,
освен ако не му приложим някаква сила.

Освен ако някой не се опита да го бутне
или търкаля, или да му направи нещо.

По-малко интуитивната в първия закон
е втората част.

Всяко тяло съществува или в състояние на покой,

или се движи равномерно и праволинейно дотогава,

докато не е принудено да промени
състоянието си от приложена му сила.

Това е първият закон на Нютон
и мисля да отворя малка скоба тук.

Това тук е Нютон.

И ако това е първият закон на Нютон,

тогава защо имам тази огромна снимка
на този човек тук?

Причината е, че първият закон на Нютон
е всъщност само нова формулировка

на закона на този човек за инерцията.

И този човек – наистина друг титан
на цивилизацията – е Галилео Галилей.

Той е първият човек,
формулирал закона за инерцията.

А Нютон просто малко го перифразира и допълва с другите си закони.

Но той е направил много, много,
много други неща.

Така че наистина трябва да се отчете заслугата
на Галилео за първия закон на Нютон.

Ето е защо го направих по-голям тук.

Но бях по средата на една мисъл!

Разбираме, че ако нещо е в покой,
то ще остане в покой,

докато не се появи някаква сила,
която да му подейства.

В някои дефиниции ще видиш
"освен ако няма някаква небалансирана сила".

И причината, поради която казват
"небалансирана" е, че може да имаме

две сили, които действат на нещо
и те могат да се балансират.

Например мога да бутам тази страна
на камъка с определена сила.

И ако ти буташ от другата страна на камъка
с абсолютно същата големина сила,

камъкът няма да се помръдне.

Единственият начин да се помръдне е

ако има много повече сила от едната страна,
отколкото има от другата.

Тоест ако имаш небалансирана сила

Може би камъкът е лош пример.

Нека да вземем лед,
защото ледът е по-лесен за движение,

или лед върху лед.

Имаме лед тук и след това
имам друг блок от лед,

който лежи на върха на този лед.

Така за пореден път, запознати сме с идеята:

няма сила действаща върху него,
така че ледът да не се движи.

Но какво ще стане, ако аз бутам леда
с определена сила от тази страна,

a ти буташ леда от другата страна
със същото количество сила?

Ледът все още няма да се движи.

Така че това тук ще бъде балансирана сила.

Балансирана сила.

Така че единственият начин
ледът да промени състоянието си на покой

е ако силата е небалансирана.

Ако добавим още малко сила от тази страна,

повече отколкото да компенсира силата,
бутаща от тази посока.

Тогава ще видиш, че леденият блок
започва да се движи,

започва наистина да ускорява в тази посока.

Но мисля, че тази част е очевидна: нещо, което
е в състояние на покой ще остане в покой,

освен ако не му е подействано от небалансирана сила.

По-малко очевидна е идеята,
че нещо се движи равномерно право напред.

Което е друг начин да кажем,
че нещо има постоянна скорост.

Постоянна скорост.

Той казва, че нещо,
което има постоянна скорост,

ще продължи да има тази постоянна скорост за неопределено време,

освен ако не му е подействано
с небалансирана сила.

И това е по-малко интуитивно,
защото всичко в нашия човешки опит,

дори и ако трябваше да бутам този леден блок,
в крайна сметка той ще спре.

Той няма да продължи да се движи завинаги,

дори и да приемем, че това
ледено поле е безкрайно дълго.

В крайна сметка този лед ще спре.

Или ако хвърля топка за тенис,

тази топка за тенис в крайна сметка ще спре.

Тя в крайна сметка ще спре.

Или ако търкулна топка за боулинг,
или ако... Каквото и да е!

Никога не сме виждали,
поне в нашия човешки опит...

Изглежда, че всичко в крайна сметка спира.

Така че е много неинтуитивното да кажем:

че нещо в движение просто ще продължава
да се движи за неопределено време.

Всичко в човешката интуиция казва,

че ако искаш нещо да продължи
да съществува в движение,

трябва да продължиш да
му прилагаш повече сила,

повече енергия, за да продължи напред.

Колата ти няма да се движи завинаги,

освен ако двигателят не продължи да изгаря
горивото и да потребява енергия.

Така че за какво говорят те?

Във всички тези примери –
и мисля, че това всъщност

е доста брилянтно прозрение
от всички тези господа –

всички тези неща биха се движели завинаги.

Топката ще продължи да се движи завинаги,
този леден блок ще се движи завинаги.

Обаче там има небалансирани сили,
действащи върху тях, за да ги спрат.

Така в случая с леда, въпреки че
при лед върху лед няма много триене,

има някакво търкане между тях.

И в тази ситуация силата на триене ще действа

срещу посоката на движението на леда.

И триенето наистина идва още на атомно ниво.

Така че ако имаш водни молекули
в структурната решетка на кубчето лед,

тук са водните молекули в структурната решетка

на морето от лед, по което се движи,

те по някакъв начин се бутат
и търкат една в друга.

Въпреки че и двете са гладки,
има несъвършенства тук.

Те се бутат и търкат,
генерират малко топлина

и всъщност ще работят срещу движението.

Така че има сила на триене,
която е приложена тук и ето защо спира.

И не само силата на триене,
също така имаме и въздушно съпротивление.

Леденият блок ще бъде блъскан
във всякакви видове въздушни частици.

Може да не бъде забележимо в началото,

но това определено ще му
попречи да се движи завинаги.

Същото е и с топката, хвърлена във въздуха.

Очевидно в някакъв момент тя пада на земята
поради гравитацията

така че това е сила действаща върху нея.

Но дори и след като падне на земята,
тя не продължава да се

търкаля завинаги, отново заради триенето.

Особено ако има трева тук, тревата ще я спре.

И дори докато е във въздуха, тя ще се забави,
няма да има постоянна скорост,

защото имаме всички тези въздушни частици,
които ще се удрят в нея.

И да упражняват сила да я забавят.

Така че наистина уникалното при тези хора е,
че са могли да си представят реалност,

я която няма гравитация, в която няма въздух,
забавящ нещата.

И са могли да си представят,
че в такава реалност

нещо просто ще поддържа движението си.

И причината, поради която Галилео вероятно
е бил добър в мислите си за това,

е, че той е изучавал орбитите на планетите.

И той вероятно е предположил че,
може би няма въздух там.

И че може би заради това
тези планети могат просто

да продължават да се въртят
и въртят около в орбитата си.

И аз трябва да добавя тяхната скорост,
защото тяхната посока се променя.

Скоростта им никога не се забавя,
защото няма нищо в космоса,

което в действителност да забавят тези планети.

Така или иначе, надявам се,
че като мен смяташ, че това е завладяващо,

защото на някакво ниво това е супер, супер очевидно,

но на съвсем друго ниво е напълно неочевидно.

Особено това "се движат
равномерно право напред".

И само за да доуточня: ако гравитацията изчезе
и няма никакъв въздух,

и хвърлиш топка, тази топка буквално

ще продължава да се движи
в тази посока завинаги,

освен ако някаква друга небалансирана сила
не ѝ подейства, за да я спре.

Друг начин да мислим върху това
и това е един пример,

който може да видиш в ежедневието,

е ако съм в самолет, който се движи
с напълно постоянна скорост.

И няма абсолютно никаква
турбуленция в самолета.

Ако седя в самолета точно тук
и той се движи с постоянна скорост –

напълно гладко, без турбуленция –

наистина няма никакъв начин да кажа
дали самолетът се движи,

без да погледна през прозореца.

Да предположим, че в този самолет няма
прозорци, той се движи с постоянна скорост.

И няма никаква турбуленция и да речем,
че не мога да чуя нищо,

дори не мога да чуя двигателите.

По никакъв начин не мога да усетя,
че самолетът се движи.

Защото от моя гледна точка
изглежда напълно същото,

ако бях в същия самолет,
докато почива на земята.

Това е друг начин да мислим за това,
което всъщност е много интуитивно –

че те са в еднакво състояние.

Движението с постоянна скорост
и състоянието в покой.

Наистина не може да се каже дали си
в едното или в другото състояние.