Bevezetés a Newton törvényekhez

Régen úgy gondolták, de talán még ma is sokan hiszik, hogy a testek mozgásban tartásához mindig szükséges valamilyen külső erőhatás, nehogy a test lelassuljon. A tapasztalat diktálja mindezt, hiszen a kocsit húzó lónak "erőlködnie" kell, illetve bármilyen teher emelése vagy akár csak tartása közben mi magunk is fölfelé nyomjuk vagy húzzuk a testet. A középkor két nagy fizikusa, Galilei olasz és Newton angol tudós munkássága nyomán alakult ki az a rend a fizikában, amely a mindennapok mechanikai jelenségeit összhangba hozza az elmélettel, megadja a jelenségek magyarázatát.

Azokat a törvényeket, amelyek az alapját adják a jelenségek leírásának a legegyszerűbbtől kezdve a legbonyolultabbig, Newton törvényeknek nevezzük. Ezek úgynevezett axiomatikus törvények, amelyek tömör formában tartalmazzák a kísérleti eredményeket.

Jelenségek Newton I. törvényéhez

Először elemezzünk egy egészen hétköznapi jelenséget! Mindenki tapasztalta már, hogy bármilyen járművön utazva, induláskor hátra-, fékezéskor előreesünk, a kanyarban pedig kifelé dőlünk. Miért van ez így? Azért, mert nem kapaszkodtunk, mondhatja akárki, de ez a hétköznapi, és nem a tudományos válasz.

A fizika oldaláról megközelítve a kérdést, azt kell észrevennünk, hogy akkor esünk el, ha más test, pl. a széktámla, a jármű oldalfala vagy a kapaszkodó nem kényszerít bennünket arra, hogy elinduljunk, vagy lassítsunk a járművel együtt, esetleg bekanyarodjunk ugyanúgy, mint a jármű.Ezt a gondolatmenetet ellenőrizhetjük más esetben is. Autóban ülve tartsunk magunk előtt egy vízszintes, sima lapon egy golyót. Ha az autó elindul, fékez vagy kanyarodik, azt látjuk, hogy a golyó látszólag "önmagától" indul el a táblához képest. Az autóval és a táblával együtt nem mozog, nem lassul és nem kanyarodik. Ugyanakkor viszont egy, már adott sebességgel, egyenes vonalban haladó járműben a golyó nem mozdul el a lapon, megtartja maga is a jármű sebességét mindaddig, amíg a jármű nem gyorsít, fékez vagy fordul.

Newton I.törvénye

Newton I. törvénye a következőket mondja ki: minden test megtartja nyugalmi állapotát, vagy megmarad az egyenes vonalú egyenletes mozgás állapotában míg más test mozgásállapotának megváltoztatására nem készteti.

A tehetelenség

Newton I. törvényéből következik - és a kísérletek is ezt bizonyítják -, hogy a testek önmaguk képtelenek saját mozgásállapotuk megváltoztatására. A testeknek ezt a tulajdonságát tehetetlenségnek nevezzük. Ennek alapján Newton I. törvényének másik elnevezése: a tehetetlenség törvénye.

Inerciarendszer

Tekintettel arra, hogy a nyugalom is és a mozgás is relatív, a megfigyelési ponttól függ, a tehetetlenség törvénye nem minden vonatkoztatási rendszerben érvényes. Nem érvényes például a gyorsuló vagy kanyarodó autóban sem, hiszen ott a mozgását változtató járműhöz képest csak akkor maradt nyugalomban a golyó, ha erre erővel kényszerítettük. A gyorsuló vagy kanyarodó autóhoz rögzített koordinátarendszerben tehát nem teljesül a tehetetlenség törvénye.

Az olyan vonatkoztatási rendszereket, amelyekben a magára hagyott, más testek hatásától mentes tárgy sebessége sem nagyság, sem irány szerint nem változik, - tehát teljesül a tehetetlenség törvénye, - inerciarendszereknek nevezzük.

A legtöbb kísérlet, vizsgálat során jó közelítéssel inerciarendszer a Földhöz rögzített vagy a Földhöz képest egyenes vonalú, egyenletes mozgással haladó vonatkoztatási rendszer.