Fizyka

Zwróć uwagę na wielokrotne użycie czasownika „pozostaje”. Możemy myśleć o tym prawie jako o zachowaniu status quo ruchu.

Raczej niż zaprzeczać naszemu doświadczeniu, pierwsze prawo ruchu Newtona stwierdza, że musi istnieć przyczyna (którą jest zewnętrzna siła netto), aby nastąpiła jakakolwiek zmiana prędkości (albo zmiana w wielkości, albo w kierunku). Siłę zewnętrzną netto zdefiniujemy w następnym rozdziale. Przedmiot ślizgający się po stole lub podłodze zwalnia z powodu siły netto tarcia działającej na ten przedmiot. Gdyby tarcie zniknęło, czy obiekt nadal by zwalniał?

Pojęcie przyczyny i skutku jest kluczowe dla dokładnego opisania tego, co dzieje się w różnych sytuacjach. Na przykład, rozważ, co dzieje się z obiektem ślizgającym się po chropowatej powierzchni poziomej. Obiekt ten szybko się zatrzymuje. Jeśli spryskamy powierzchnię talkiem, aby uczynić ją gładszą, obiekt ślizga się dalej. Jeśli uczynimy powierzchnię jeszcze gładszą, wcierając w nią olej smarujący, obiekt ślizga się jeszcze dalej. Ekstrapolując na powierzchnię bez tarcia, możemy sobie wyobrazić, że przedmiot ślizga się po linii prostej w nieskończoność. Tarcie jest więc przyczyną spowolnienia (zgodnie z pierwszym prawem Newtona). Obiekt nie zwolniłby w ogóle, gdyby tarcie zostało całkowicie wyeliminowane. Rozważmy stół do air hokeja. Kiedy powietrze jest wyłączone, krążek ślizga się tylko na krótką odległość, zanim tarcie spowolni go do zatrzymania. Jednak kiedy powietrze jest włączone, tworzy się powierzchnia prawie pozbawiona tarcia, a krążek prześlizguje się na duże odległości bez zwalniania. Dodatkowo, jeśli wiemy wystarczająco dużo o tarciu, możemy dokładnie przewidzieć, jak szybko obiekt zwolni. Tarcie jest siłą zewnętrzną.

Pierwsze prawo Newtona jest całkowicie ogólne i może być zastosowane do wszystkiego, od przedmiotu ślizgającego się po stole, przez satelitę na orbicie, po krew pompowaną z serca. Eksperymenty dokładnie zweryfikowały, że każda zmiana prędkości (prędkości lub kierunku) musi być spowodowana przez siłę zewnętrzną. Idea ogólnie obowiązujących lub uniwersalnych praw jest ważna nie tylko w tym przypadku – jest to podstawowa cecha wszystkich praw fizyki. Zidentyfikowanie tych praw jest jak rozpoznanie wzorów w przyrodzie, z których można odkryć dalsze wzory. Geniusz Galileusza, który jako pierwszy opracował ideę pierwszego prawa, i Newtona, który ją doprecyzował, polegał na zadaniu fundamentalnego pytania: „Co jest przyczyną?”. Myślenie w kategoriach przyczyny i skutku jest światopoglądem zasadniczo różnym od typowego podejścia starożytnych Greków, kiedy to na pytania takie jak „Dlaczego tygrys ma paski?” odpowiadano by w arystotelesowski sposób: „Taka jest natura bestii”. Być może prawdziwe, ale nie jest to użyteczny wgląd.

Masa

Właściwość ciała do pozostawania w spoczynku lub pozostawania w ruchu ze stałą prędkością nazywa się bezwładnością. Pierwsze prawo Newtona jest często nazywane prawem bezwładności. Jak wiemy z doświadczenia, niektóre obiekty mają większą bezwładność niż inne. Oczywiście trudniej jest zmienić ruch dużego głazu niż, na przykład, piłki do koszykówki. Bezwładność obiektu jest mierzona jego masą. W przybliżeniu, masa jest miarą ilości „rzeczy” (lub materii) w czymś. Ilość lub ilość materii w danym obiekcie jest określana przez liczbę atomów i cząsteczek różnych typów, które ten obiekt zawiera. W przeciwieństwie do wagi, masa nie zmienia się w zależności od położenia. Masa obiektu jest taka sama na Ziemi, na orbicie lub na powierzchni Księżyca. W praktyce bardzo trudno jest policzyć i zidentyfikować wszystkie atomy i cząsteczki w obiekcie, dlatego masy nie są często wyznaczane w ten sposób. Operacyjnie, masy obiektów są określane przez porównanie ze standardowym kilogramem.