قانون اول نیوتن
قانون اول نیوتن
در بیشتر کتاب های آموزشی فیزیک قانون اول نیوتن را با عبارتی شبیه به عبارت زیر می بینیم:
«اگر به جسمی نیرو وارد نشود، ساکن می ماند یا به حرکت مستقیم الخط خود با سرعت ثابت ادامه می دهد. »
زمانی که برای اولین بار قوانین نیوتن را می خواندم و تا مدت ها پس از آن، این سوال در ذهنم بود که چه نیازی به این قانون هست وقتی قانون دوم نیوتن را داریم؟ خوب F=ma ؛ F را صفر بگذاری می شود a=0 یعنی همان قانون اول!
بیاید ببینیم اگر این قانون نباشد چه اتفاقی می افتد؟ فرض کنید ذره ای منزوی شده است. یعنی به اندازه ی کافی از همه ی عالم دور شده است که بتوان گفت دیگر نیرویی به آن وارد نمی شود. تصور ما از این که به ذره ای نیرو وارد می شود این است که یک چیزی با آن بر هم کنش می کند و اثری بر آن می گذارد. همچنین این فرض معقول به نظر می رسد که اثری که ذره ای بر ذره ای دیگر می گذارد، با دور شدن آن ها از یکدیگر کم می شود، که اگر این طور نبود، مثلاً ما باید نگران بودیم که نکند جا به جا شدن الکترون ها در ترازهایشان در فلان ستاره در کهکشانی دور دست، حساب و کتاب ها یمان را برای ساختن ساختمانهایمان به هم بریزد. اما خوشبختانه تا حالا از این تجربه ها نداشته ایم.
حال قانون دوم نیوتن را برای این ذره ی منزوی به کار می بریم. نیرو صفر است، پس ذره بدون شتاب حرکت می کن. تا این جا همه چیز خوب است و ظاهراً نیازی هم به قانون اول نیست، اما قوانین به ما نمی گوید که شتاب را نسبت به چه چیزی باید سنجید. اگر ذره در دستگاه مختصاتی با سرعت ثابت حرکت کند، در دستگاه مختصات دیگری که نسبت به آن دستگاه شتاب دارد، دیگر سرعت ثابتی ندارد و قوانین نیوتن برای همین ساده ترین مثال به مشکل بر می خورد. دقت کنید که از دید این دستگاه جدید نیز همچنان ذره از همه ی عالم دور است و با همان روند قبلی می توان گفت که نیرویی به آن وارد نمی شود اما دیگر شتاب ذره در این دستگاه صفر نیست.
قانون اول در واقع چارچوب حرکت شناسی نیوتنی را معرفی می کند. قانون اول به ما می گوید در دستگاه مختصاتی مجاز به استفاده از قانون دوم نیوتن هستیم که در آن دستگاه، ذره ی منزوی ساکن و یا با سرعت ثابت دیده شود. چنین دستگاهی اصطلاحاً "دستگاه لخت" نامیده می شود.
از این که وقت با ارزشتان را صرف دیدن این وبلاگ می کنید ممنونم.