Zasady w fizyce

We wszystkich podręcznikach z fizyki (i tych uniwersyteckich, i tych dla gimnazjów) pierwsza zasada dynamiki jest podawana w brzmieniu: "jeśli na ciało nie działają żadne siły lub działające siły wzajemnie się równoważą, to...". Gdzie jest miejsce we Wszechświecie, gdzie nie działają na ciało siły grawitacji? Nie ma takiego. Jeden z autorów podręcznika dla gimnazjum przeszedł sam siebie. Podał treść pierwszej zasady dynamiki w brzmieniu, "jeśli na ciało nie działają żadne siły...", ale kilka wierszy dalej, wyjaśnił, że nie ma takiego miejsca we Wszechświecie, gdzie nie działają na ciało siły.

Pierwsza zasada dynamiki winna brzmieć:

 Jeśli działające na ciało siły równoważą się, to jego prędkość jest stała.  

W takim sformułowaniu jest również zawarte to, że v=0. Matematycznie winniśmy to zapisać:

Druga zasada dynamiki w tej konwencji zapisu ma postać:

 Gdy wypadkowa sił działających na ciało jest stała i różna od zera, to jego przyspieszenie jest stałe i wprost proporcjonalne do tej siły a odwrotnie proporcjonalne do jego masy  

Dwa powyższe zapisy, pierwszej i drugiej zasady dynamiki, wprowadzają klarowność myślenia i dla poznającego fizykę jest jasne, że:

Jeśli przyjmiemy powyższą konwencję zapisu, to druga zasada dynamiki w postaci ogólnej (pędowej) przyjmie matematyczną postać:

 Gdy wypadkowa sił działających na ciało jest stała i różna od zera, to zmiana jego pędu jest równa popędowi siły mu udzielonemu.  

a zasada zachowania pędu:.

 Gdy wypadkowa sił działających na ciało jest równa zero, to zmiana jego pędu jest też równa zero.  

W tej samej konwencji zapis prawa (nie dostrzeganego przez autorów podręczników i autorów zbiorów zadań z rozwiązaniami), nie posiadającego nazwy - nazwijmy je prawem "zmiana energii - praca", jest:

 Gdy wypadkowa sił działających na ciało jest różna od zera, to zmiana jego energii mechanicznej jest równa pracy siły wypadkowej.  

gdzie praca siły wypadkowej jest:

Z prawa 5) wynika zasada zachowania energii:

 Gdy wypadkowa sił działających na ciało jest równa zero, to zmiana jego energii mechanicznej też jest równa zero.  

Dla ruchu obrotowego bryły sztywnej będziemy mieli:

 Gdy wypadkowy moment sił działających na bryłę jest stały i różny od zera, to zmiana jej momentu pędu jest równa popędowi wypadkowego momentu siły jej udzielonemu.  

Prawo to jest drugą zasadą dynamiki dla ruchu obrotowego bryły sztywnej w postaci ogólnej, i jest ono odpowiednikiem prawa 3) dla ruchu postępowego. Z równania 7) wynika zasada zachowania momentu pędu bryły:

 Gdy wypadkowy moment sił działających na bryłę jest równy zero, to zmiana jej momentu pędu jest też równa zero.  

W ruchu obrotowym bryły sztywnej, odpowiednikiem równania 5) w ruchu postępowym, jest:

 Gdy wypadkowy moment sił działających na bryłę sztywną jest stały i różny od zera, to zmiana energii kinetycznej ruchu obrotowego bryły jest równa pracy tego momentu sił.  

gdzie praca wypadkowego momentu siły jest:

Z równania 9) wynika zasada zachowania energii kinetycznej w ruchu obrotowym bryły sztywnej:

 Gdy wypadkowy moment sił działających na bryłę jest równy zero, to zmiana jej energii kinetycznej ruchu obrotowego jest też równa zero.  

W podręcznikach i zbiorach zadań są eksponowane przede wszystkiem zasady zachowania: pędu 4), energii 6), momentu pędu bryły 8), energii bryły 10). Jednak o wiele częściej mamy do czynienia ze zjawiskami, w których:

W rozwiązywaniu wielu problemów (zadania rachunkowe) winniśmy częściej stosować prawa 3), 5), 7) i 9). Pozwalają one w krótki i elegancki sposób rozwiązać większość problemów w polu grawitacyjnym bez uciekania się do rozpatrywania sił oraz kinetycznych i dynamicznych równań ruchu, co jest często żmudne matematycznie. Sumując to, co zostało powiedziane wyżej, otrzymujemy klarowny i jednoznaczny zapis zasad obowiązujących w dynamice:





Mechanika odpowiada na cztery pytania: