Законы Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов. Первый закон Ньютона: всякая материальная точ­ка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного пря­молинейного движения до тех пор, пока воздействие со сто­роны других тел не заставит ее изменить это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или рав­номерного прямолинейного движения называется инерт­ностью, или инерцией.

Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции. Для количественной формулировки второго закона ди­намики вводятся понятия ускорения а, массы тела т и силы F . Ускорением характеризуется быстрота изменения ско­рости движения тела. Масса тела — физическая величи­на — одна из основных характеристик материи, определя­ющая ее инерционные {инертная масса) и гравитацион­ные (тяжелая или гравитационная масса) свойства.

Сила — это векторная величина, мера механического воз­действия на тело со стороны других тел или полей, в ре­зультате которого тело приобретает ускорение или изменя­ет свою форму и размеры. Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызываю­щей его силе и обратно пропорционально массе матери­альной точки (тела)

: а = F /m Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно по­лучить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Од­нако первый закон Ньютона рассматривается как самосто­ятельный закон, а не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование инерциальных сис­тем отсчета.

Взаимодействие между материальными точками (те­лами) определяется третьим законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит ха­рактер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, про­тивоположно направлены и действуют вдоль прямой, соеди­няющей эти точки: F 12  =- F 21 где F 12 — сила, действующая на первую материаль­ную точку со стороны второй; F 21 — сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой.

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), все­гда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике сис­темы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием. И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал стро­гую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами.

Природа рассматривалась как сложная меха­ническая система. Еще Галилей, исходя из соответствующих мысленных экспериментов с возможным расчленением рассматривае­мых тел на отдельные составляющие, сделал логический вывод об одинаковом, с одним и тем же ускорением, сво­бодном падении всех земных тел в пустоте. Из этого выво­да в сочетании с основным законом динамики Ньютона (

сила, изменяющая естественное состояние покоя или рав­номерного прямолинейного движения тела, пропорциональ­на ускорению данного тела с его инертной массой в каче­стве коэффициента пропорциональности) вытекает не толь­ко пропорциональность рассматриваемой силы тяготения массе притягиваемого тела m 1 но и массе притягивающего тела m 2, т. е. произведению масс обоих взаимодействующих тел.

Если взаимодействующие тела принять за матери­альные точки, расположенные на расстоянии r друг от друга, то для силы гравитационного взаимодействия F можно написать: F = G • m , m , / г2, где G — гравитационная постоянная. Данной формулой определяется закон всемирного тя­готения, сформулированный Ньютоном. К числу важнейших законов механики относится также закон сохранения меха­нической энергии.

Понятие энергии в механике Формирование понятия механической работы связано с открытием закона сохранения механической энергии. По­нятие работы выражает собой факт превращения механи­ческого движения в другие формы движения и дает коли­чественное выражение этому превращению. Г. Гельмгольц ввел вместо механической работы новую количественную характеристику, которая равна работе по величине, но бе­рется с противоположным знаком.

Эта характеристика со­ответствует современному понятию потенциальной энер­гии. Гельмгольц назвал ее напряжением, а вместо величи­ны mV 2 он предлагает рассматривать в качестве «живой силы» величину  mV 2/2 и получает закон сохранения меха­нической «силы»: живая сила + напряжение = const «Сумма существующих в природе напряженных сил и живых постоянна.

В этой наиболее общей формулировке мы можем наш закон назвать принципом сохранения сил» [34]. По-существу, Гельмгольц сформулировал закон сохранения механической энергии. Живая сила впоследствии получила название кинетичес­кой энергии (mV 2/2). Ее можно передать телу при столкно­вении, как это имело место в случае удара шаров. Ее можно также получить, подталкивая тело с помощью действия не­которой силы.

Если тело под действием силы F выходит из состояния покоя и движется с увеличивающейся скоростью в течение некоторого времени t . За это время скорость тела возрастает до значения V , и тело проходит некоторое рас­стояние х. Можно показать, используя законы механики, что справедливо равенство: F   х = mV 2/2. Величину Fx , равную произведению силы на расстоя­ние, на котором она действовала на тело, принято называть работой А А = F х.

Тело за счет своего запаса кинетической энергии мо­жет произвести столько же работы. Если на пути движуще­гося тела окажется какое-то другое тело, скажем, пружина, то тело, налетая на пружину, будет сжимать ее, создавая пе­ремещение ее звеньев относительно друг друга, то есть бу­дет действовать на пружину с некоторой силой. В конце кон­цов тело остановится, растратив всю свою энергию движе­ния на совершение работы по сжатию пружины.