1. Zákon setrvačnosti
Anglický fyzik Isaac Newton vyjádřil tři základní pohybové zákony, které popisují vztah mezi pohybem tělesa a silami, které na toto těleso působí. Staly se základovým kamenem mechaniky (zabývá se přemisťováním těles v prostoru a čase a změnami velikostí a tvarů těles) a dynamiky (zabývá se příčinami pohybu). Uvedeme první z nich, tzv. Zákon setrvačnosti.
Každé těleso setrvává v klidu anebo v rovnoměrném přímočarém pohybu, dokud ho síly, které na něj působí, nedonutí změnit jeho stav. Pokud na tělesa silou nepůsobíme, setrvávají v relativním klidu.
Když uvedeme těleso do pohybu působením síly (dotykem, tlakem, kopnutím, úderem, např. odpal míčku golfovou holí, postrčení nákupního vozíku), těleso setrvává v pohybu, i když na něj síla přestane působit.
Ze zkušenosti však víme, že jejich pohyb se zastaví. Je to způsobeno odporovou silou vzduchu a třecí silou o podklad. Kdyby tyto síly neexistovaly, vozík i míček by se pohybovaly stejným směrem a rychlostí napořád (např. ve vesmíru, kde panuje vakuum) nebo dokud by je jiná síla nepřinutila pohyb přerušit. Síly, které v důsledku tření působí proti pohybu tělesa, se nazývají odporové síly.
Vlastnost těles setrvávat v klidu nebo v pohybu rovnoměrném přímočarém, nepůsobí-li na ně jiná tělesa silou, se nazývá setrvačnost těles. Čím má těleso větší hmotnost, tím větší síla je nutná k jeho rozpohybování a tím má i větší setrvačnost.
Jiné znění zákona: Nepůsobí-li na těleso síla, pohybuje se těleso bez zrychlení.
Nebo také: Síla je nutná ke změně pohybu (velikosti, rychlosti nebo směru), ale ne k pohybu samotnému.
Z hlediska tohoto zákona jsou klid a rovnoměrný přímočarý pohyb ekvivalentní, protože oba dva stavy jsou vlastně pohyby s nulovým zrychlením.
Koule umístěná na vodorovné podložce se "pohybuje" v souladu s tímto zákonem (i když vlastně stojí na místě), protože výslednice tíhové síly (směrem do středu Země) a síly, kterou na ni působí podložka (stejná velikost, opačný směr) je nulová.
Síla, kterou působí podložka, je tzv. partnerská síla (na obrázku dole je červenou) a jedná se o sílu, kterou se zabývá Newtonův 3. pohybový zákon (působení těles je vždy vzájemné.).
Pokud se zdá těžko představitelné, že podložka vyvíjí nějakou sílu směrem nahoru, je třeba si uvědomit, že těleso je gravitační silou vtahované do středu Země. Přitom se však do středu Země nepropadá, setrvává na zemském povrchu. Takže musí existovat nějaká protichůdná síla, která ho tlačí nahoru (opačným směrem) a brání mu propadnout se níž. A to je tato partnerská síla podložky, také nazývaná normálová síla. Působiště tíhové síly je v těžišti tělesa a působiště síly podložky je ve styčné ploše.
V realitě rozlišujeme dva druhy setrvačnosti, podle toho, v jakém výchozím stavu se nachází:
- setrvačnost těles v klidu - uvedení do pohybu vyvolává setrvačnost na tělesa v klidu, např. v rozjíždějícím se dopravním prostředku padáme směrem proti směru rozjíždění.
- setrvačnost těles v pohybu - náhlé brzdění tělesa nebo změna směru rychlosti způsobí, že tělesa se pohybují ve směru pohybu, např. když dopravní prostředek prudce zabrzdí nebo odbočí, cestující padají ve směru pohybu.
Shrňme síly, které působí na těleso (např. minci, které jsme se dotkli prstem, uvedli ji do pohybu a pak prst oddálili). Síla podložky se vynuluje s tíhovou silou a zůstává jenom třecí síla (modrá), která těleso zastaví.
Vztažné soustavy
Vztažné soustavy, v nichž zůstávají izolovaná tělesa v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu (tedy soustavy, v nichž se aplikuje první Newtonův zákon), se nazývají inerciální soustavy. Soustavy, v nichž první pohybový zákon neplatí, se nazývají neinerciální soustavy.
Inerciální soustava jsou např. stěny vagonu, který se pohybuje po přímé trati stálou rychlostí. Když na jeho podlahe uvedeme do pohybu kuličku, chová se přesně dla Newtonovho 1. zákonu. Platí, že každá další vztažná soustava, která je vzhledem k inerciální soustavě v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, je také inerciální. Kulička uvnitř rovnoměrně se pohybujícího vagonu a kulička uvnitř nádraží se po uvedení do pohybu budou chovat stejně.
Všechny soustavy, které se pohybují se zrychlením vůči inerciálním, jsou neinerciální. Např. brzdící vagon - když na jeho podlahe uvedeme do pohybu kuličku, působí na ni navíc setrvačná síla vagónu a pohybuje se vpred rychleji než dle 1. Newtonovho zákonu.
