У тому, що в природі руху не існує, елеати не зуміли переконати нікого. Дуже своєрідним було заперечення Діогена, який у суперечці з елеатами почав мовчки ходити, наочно показавши існування руху. Але античні філософи не зуміли відкрити закони руху. Навіть такі поняття, як швидкість нерівномірного руху і прискорення, були їм невідомі.
Більшість античних філософів вважала, що всі закони природи можна відкрити за допомогою роздумів і логічних схем. Значення досліду вони недооцінювали. Дослід, на їхню думку, був фізичною працею, займатися якою доречно було лише рабам. Наступні півтори тисячі років також не принесли нічого істотно нового. Лише Галілей віддав належне досліду як засобу вивчення природи. Відкриті ним закони руху доповнив Ісаак Ньютон і опублікував їх у 1687 р. у своїй знаменитій праці «Математичні начала натуральної філософії». Відтоді ці закони носять ім'я Ньютона.
Розглянемо докладніше перший закон Ньютона, так званий закон інерції.
Кожне тіло перебуває в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки сили, що діють на нього, не змусять його змінити цей стан. Іншими словами, вільне тіло (тобто тіло, на яке не діє жодна сила) зберігає свою швидкість.
На перший погляд здається, що закон інерції суперечить нашому повсякденному досвіду. Що станеться з автомашиною, яка мчить рівною дорогою, коли в неї відмовить мотор? Її рух поступово сповільнюватиметься, доки зовсім не припиниться. Зникла сила, що рухала автомашину, і вона зупинилася. І так із кожним тілом. Досить тіло, що рухається, надати самому собі, як його рух незабаром припиниться. Це люди помітили вже з давніх часів. Деякі античні філософи звідси зробили висновок, що вільне тіло не змінює свого положення в просторі. Закон же інерції Галілея — Ньютона говорить, що вільне тіло не змінює своєї швидкості, тобто воно рухається без прискорення, рівномірно і прямолінійно. Хто правий, античні філософи чи Галілей і Ньютон? Самі лише логічні міркування при розв'язанні цього питання навряд чи нам допоможуть. Чому вільні тіла мають віддавати перевагу саме прямолінійному руху? Можливо, насправді вони прагнуть рухатися по колах, як думав, наприклад, Арістотель? Або ж закон інерції треба визначити так: вільне тіло не змінює свого прискорення.
Який із усіх цих законів інерції вибрати? Який із них відображає істинні механічні рухи, що відбуваються в природі? Відповідь може дати тільки спостереження природи, вивчення існуючих у світі рухів.
Однак проведення дослідів із перевірки закону інерції наштовхується на серйозні труднощі: закон говорить про вільні тіла, а в природі ми не можемо знайти жодного тіла, яке не зазнавало б дії сил. На кожне тіло діє сила тяжіння, руху перешкоджають тертя і опір повітря. Але що сталося б із автомашиною, що рухається, якби не було опору повітря і тертя, на це відразу не відповісти. Виникає суперечність. Справедливість закону інерції не можна перевірити ні чисто логічними міркуваннями, ні шляхом прямого експерименту. Чому ж ми можемо все-таки стверджувати, що закон Галілея — Ньютона є законом природи? Це випливає, хоча й не безпосередньо, з дуже багатьох спостережень і дослідів.
Відомо, наприклад, що планети обертаються навколо Сонця за еліптичними орбітами. Математичні розрахунки, які ми не викладатимемо тут, показують, що з еліптичної форми орбіт планет випливає закон інерції Галілея — Ньютона.
Від 1957 р. можна вважати закон інерції підтвердженим і експериментом, до того ж із великою точністю. Йдеться про штучні супутники Землі. Пояснімо це докладніше.
Уявімо собі, що ми піднялися на висоту близько 1000 км, де атмосфери практично повністю немає. У нас із собою гармата, з якої вистрелимо снаряд у горизонтальному напрямку. Снаряд рухатиметься за інерцією. Оскільки на снаряд діє тяжіння Землі, він опише в просторі дугу й упаде на поверхню Землі. Чим більша швидкість снаряда, тим більший шлях він пролетить, перш ніж упаде на Землю. Однак якщо початкова швидкість снаряда становитиме 8 км/с, він ніколи не повернеться на земну поверхню, а рухатиметься навколо Землі. Образно кажучи, снаряд увесь час падатиме на Землю, але завдяки своїй великій швидкості в горизонтальному напрямку проходитиме повз неї.
Саме так рухаються супутники навколо Землі. Їхній рух складається з двох компонентів: компонент, спрямований до Землі, зумовлений силою тяжіння, рух же в горизонтальному напрямку відбувається за інерцією. Те, що супутники можуть перебувати в польоті роками й покривати при цьому десятки мільйонів кілометрів, є переконливим підтвердженням закону інерції. У наш час ми можемо сказати, що проведено дослід зі здійснення майже інерціального руху протягом мільйонів кілометрів, про що ні Галілей, ні Ньютон не могли й мріяти. Якби не було того мізерного опору повітря й інших причин, через які супутник зрештою падає на Землю, то рух супутника тривав би нескінченно довго. Те, що супутник, крім руху за інерцією, рухається ще й під дією сили тяжіння, тут несуттєво.
Галілео Галілей
Ісаак Ньютон
Більшість античних філософів вважала, що всі закони природи можна відкрити за допомогою роздумів і логічних схем. Значення досліду вони недооцінювали. Дослід, на їхню думку, був фізичною працею, займатися якою доречно було лише рабам. Наступні півтори тисячі років також не принесли нічого істотно нового. Лише Галілей віддав належне досліду як засобу вивчення природи. Відкриті ним закони руху доповнив Ісаак Ньютон і опублікував їх у 1687 р. у своїй знаменитій праці «Математичні начала натуральної філософії». Відтоді ці закони носять ім'я Ньютона.
Розглянемо докладніше перший закон Ньютона, так званий закон інерції.
Кожне тіло перебуває в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки сили, що діють на нього, не змусять його змінити цей стан. Іншими словами, вільне тіло (тобто тіло, на яке не діє жодна сила) зберігає свою швидкість.
На перший погляд здається, що закон інерції суперечить нашому повсякденному досвіду. Що станеться з автомашиною, яка мчить рівною дорогою, коли в неї відмовить мотор? Її рух поступово сповільнюватиметься, доки зовсім не припиниться. Зникла сила, що рухала автомашину, і вона зупинилася. І так із кожним тілом. Досить тіло, що рухається, надати самому собі, як його рух незабаром припиниться. Це люди помітили вже з давніх часів. Деякі античні філософи звідси зробили висновок, що вільне тіло не змінює свого положення в просторі. Закон же інерції Галілея — Ньютона говорить, що вільне тіло не змінює своєї швидкості, тобто воно рухається без прискорення, рівномірно і прямолінійно. Хто правий, античні філософи чи Галілей і Ньютон? Самі лише логічні міркування при розв'язанні цього питання навряд чи нам допоможуть. Чому вільні тіла мають віддавати перевагу саме прямолінійному руху? Можливо, насправді вони прагнуть рухатися по колах, як думав, наприклад, Арістотель? Або ж закон інерції треба визначити так: вільне тіло не змінює свого прискорення.
Який із усіх цих законів інерції вибрати? Який із них відображає істинні механічні рухи, що відбуваються в природі? Відповідь може дати тільки спостереження природи, вивчення існуючих у світі рухів.
Однак проведення дослідів із перевірки закону інерції наштовхується на серйозні труднощі: закон говорить про вільні тіла, а в природі ми не можемо знайти жодного тіла, яке не зазнавало б дії сил. На кожне тіло діє сила тяжіння, руху перешкоджають тертя і опір повітря. Але що сталося б із автомашиною, що рухається, якби не було опору повітря і тертя, на це відразу не відповісти. Виникає суперечність. Справедливість закону інерції не можна перевірити ні чисто логічними міркуваннями, ні шляхом прямого експерименту. Чому ж ми можемо все-таки стверджувати, що закон Галілея — Ньютона є законом природи? Це випливає, хоча й не безпосередньо, з дуже багатьох спостережень і дослідів.
Відомо, наприклад, що планети обертаються навколо Сонця за еліптичними орбітами. Математичні розрахунки, які ми не викладатимемо тут, показують, що з еліптичної форми орбіт планет випливає закон інерції Галілея — Ньютона.
Від 1957 р. можна вважати закон інерції підтвердженим і експериментом, до того ж із великою точністю. Йдеться про штучні супутники Землі. Пояснімо це докладніше.
Уявімо собі, що ми піднялися на висоту близько 1000 км, де атмосфери практично повністю немає. У нас із собою гармата, з якої вистрелимо снаряд у горизонтальному напрямку. Снаряд рухатиметься за інерцією. Оскільки на снаряд діє тяжіння Землі, він опише в просторі дугу й упаде на поверхню Землі. Чим більша швидкість снаряда, тим більший шлях він пролетить, перш ніж упаде на Землю. Однак якщо початкова швидкість снаряда становитиме 8 км/с, він ніколи не повернеться на земну поверхню, а рухатиметься навколо Землі. Образно кажучи, снаряд увесь час падатиме на Землю, але завдяки своїй великій швидкості в горизонтальному напрямку проходитиме повз неї.
Саме так рухаються супутники навколо Землі. Їхній рух складається з двох компонентів: компонент, спрямований до Землі, зумовлений силою тяжіння, рух же в горизонтальному напрямку відбувається за інерцією. Те, що супутники можуть перебувати в польоті роками й покривати при цьому десятки мільйонів кілометрів, є переконливим підтвердженням закону інерції. У наш час ми можемо сказати, що проведено дослід зі здійснення майже інерціального руху протягом мільйонів кілометрів, про що ні Галілей, ні Ньютон не могли й мріяти. Якби не було того мізерного опору повітря й інших причин, через які супутник зрештою падає на Землю, то рух супутника тривав би нескінченно довго. Те, що супутник, крім руху за інерцією, рухається ще й під дією сили тяжіння, тут несуттєво.
Галілео Галілей
Ісаак Ньютон