ნიუტონის კანონები

 ნიუტონის კანონები, ფიზიკის ისტორიაში იმ დროისათვის დაგროვებული ცოდნის ერთად თავმოყრის საუკეთესო მაგალითია, რომელსაც ახლა კლასიკურ მექანიკას უწოდებენ. შეიძლება ითქვას, რომ მოძრაობის ნიუტონისეული კანონებით, თანამედროვე ფიზიკისა და ბუნების შემსწავლელი მეცნიერებების ისტორიის ათვლა დაიწყო.

ნიუტონის პირველი კანონი

 თუ ნიუტონამდელ სერიოზულ ისტორიულ ჩავარდნას გავითვალისწინებთ, მაშინ, ნიუტონის პირველი კანონი უდავოდ რევოლუციური  ფორმულირებაა. ის ამტკიცებს, რომ თუ რაიმე მოძრავ მატერიალურ ნაწილაკს ან სხეულს არ შევეხებით, იგი წრფივად მოძრაობას გააგრძელებს, თანაც უცვლელი სიჩქარით. თუ სხეული უძრავი იყო, მაშინ ის სულ ასეთ მდგომარეობაში იქნება, სანამ მასზე რაიმე ძალა იმოქმედებს. მაგალითად, თვითმფრინავი არავითარ შემთხვევაში არ დაიძვრება ადგილიდან, სანამ არ დაიქოქება ძრავები.

 რა ხდება, თუ სხეული წრეზე მოძრაობს, მაგალითად სხეული, რომელიც თოკის ერთ ბოლოზეა დაკიდებული, ხოლო მეორე ბოლო ხელით გვიჭირავს და თავს ზემოთ ვატრიალებთ. ამ შემთხვევაში სხეული არა წრფივად, არამედ წრეზე მოძრაობს – ანუ, ნიუტონის პირველი კანონის თანახმად, მას რაღც ძალა იჭერს, ეს რაღაც, ცენტრიდანული ძალაა, რომელითაც ჩვენ სხეულზე ვმოქმედებთ და წრეზე ვატრიალებთ მას. რეალურად ამ ძალას იმ ხელის გულზე დაწოლით შევიგრძნობთ, რომლითაც თოკზე დაკიდებული სხეული გვიჭირავს. თუ ჩვენ ხელს გავშლით და სხეულს გავუშვებთ, ის, გარე ძალის ზემოქმედების შეწყვეტის გამო, მაშინვე სწორხაზოვნად დაიწყებს მოძრაობას. უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, სხეული ასე იდეალურ შემთხვევაში მოიქცევა (მაგალითად, ღია კოსმოსში), რადგან დედამიწის მიზიდულობის ძალა მის ტრაექტორიას დედამიწის ზედაპირისკენ გადახრის, წრფივი კი მისი მოძრაობა მხოლოდ გაშვების მომენტში იქნება.
 ახლა, თოკზე დაკიდებულ სხეულად დედამიწა წარმოვიდგინოთ, ადამიანად მზე, ხოლო გრავიტაციად თოკი: ესეც ჩვენი მზის სისტემის პლანეტური მასშტაბების ნიუტონის მოდელი.

 ასეთი სისტემის ანალიზი ისეთი ადვილი არაა, როგორც თოკზე დაკიდებული ნივთის მოძრაობის ანალიზი. პრობლემა ისაა, რომ სტაციონარულ (მუდმივ) წრიულ ორბიტაზე მოძრაობის დროს, ციური სხეული უდრტვინველად გამოიყურება, ის სრულიად მდგრად დინამიკურ და კინემატიკურ წონასწორობაში მყოფად გვეჩვენება. თუმცა, თუ კარგად გავერკვევით გავიგებთ, რომ უცვლელი რჩება სხეულის წრფივი სიჩქარის მხოლოდ მოდული (აბსოლუტური მაჩვენებელი), მაშინ, როცა გრავიტაციის ზემოქმედებით მისი მოძრაობის მიმართულება მუდმივად იცვლება. ანუ, სხეული თანაბარაჩქარებულად მოძრაობს. თვითონ ნიუტონი ”მოძრაობის ცვლილებას” უწოდებდა აჩქარებას. ნიუტონის პირველი კანონი კვკარნახობს, რომ სხეულის მოძრაობაში ნებისმიერი ხასიათის ცვლილება გარე ძალების არსებობაზე მიუთითებს, რომლებიც ამ სხეულზე მოქმედებენ. პირობითად რომ ვთქვათ, თუ ვხედავთ, როგორ ხტებიან და ეკვრიან მაგნიტს რკინის ნაქლიბის ნაწილაკები, მაშინ ჩვენ წყნარად ვასკვნით, რომ ეს, თვალისთვის უხილვი მაგნიტური ველის ”ძალისხმევით” ხდება.

ნიუტონის მეორე კანონი

 თუ პირველი კანონი გვეხმარება განვსაზღვროთ, მოქმედებენ თუ არა სხეულზე რაიმე ძალები, მეორე კანონით ვგებულობთ რა ემართება მას ამ ძალების ზემოქმედების ქვეშ ყოფნის დროს. რაც უფრო დიდია სხეულზე მოქმედი ძალების ჯამი, გვეუბნება კანონი, მით მეტ აჩქარებას იძენს იგი. მათემატიკურად კანონი ასეთნაირად იწერება:

F=ma

 სადაც F – ძალაა, m – მასა, a – აჩქარება. ეს, ალბათ, ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ფიზიკური განტოლებაა. საკმარისია ვიცოდეთ ყველა ძალის სიდიდე და მიმართულება, რომლებიც მექანიკურ სისტემაში მოქმედებენ, ასევე სისტემის შემადგენელი სხეულების მასები, ზუსტად გვეცოდინება, როგორ მოიქცევა სისტემა დროში.

 სწორედ ნიუტონის მეორე კანონი ანიჭებს კლასიკურ მექანიკას მომხიბვლელობას – შეიძლება მოგვეჩვენოს, რომ მთელი ფიზიკური სამყარო მოწყობილია როგორც უზუსტესი ქრონომეტრი და მასში ვერაფერი გამოეპარება გამოცდილ მზერას. მითხარით სამყაროს ობიექტების სივრცული კოორდინატები, სიჩქარეები, თითქოს გვეუბნება ნიუტონი, მოქმედი ყველა ძალების მიმართულებები, ინტენსიურობა და მე მათ მომავალ ნებისმიერ მდგომარეობას ვიწინასწარმეტყველებ. ეს მოსაზრება კვანტური მექანიკის გამოჩენამდე ბატონობდა.

ნიუტონის მესამე კანონი

 ამ კანონის თანახმად, თუ სხეული А, გარკვეული ძალით მოქმედებს სხეულ В-ზე, მაშინ В-ც იგივე ძალით, ოღონდ საპირისპირო მიმართულებით მოქმედებს А-ზე. სხვანაირად რომ ვთქვათ, იატაკზე დგომის დროს, ჩვენ, იატაკზე ვმოქმედებთ ძალით, რომელიც ჩვენი მასის პროპორციულია. მესამე კანონის თანახმად, ამ დროს იატაკიც ზუსტად იგივე ძალით მოქმედებს ჩვენზე, ოღონდ მკაცრად ზევით. ამ კანონის ექსპერიმენტით შემოწმება ძალიან ადვილია: ჩვენ მუდმივად ვგრძნობთ, როგორ აწვება მიწა ჩვენი ფეხსაცმლის ძირებს.

 აქ აუცილებელია გავიგოთ და გვახსოვდეს, რომ ლაპარაკია ორი სრულიდ განსხვავებული ბუნების ძალებზე, თან ყოველი ძალა, ასე რომ ვთქვათ, ”თავის” ობიექტზე ზემოქმედებს. როცა ვაშლი ხიდან ვარდება, დედამიწა მასზე თავისი გრავიტაციით მოქმედებს (რის გამოც ვაშლი დედამიწის ზედაპირისკენ თანაბარაჩქარებულად ეშვება), თუმცა, ამ დროს ვაშლიც თანაბარი ძალით იზიდავს დედამიწას. ხოლო ის, რომ ვაშლი ვარდება დედამიწაზე და არა პირიქით, ეს უკვე ნიუტონის მეორე კანონის გამოვლინებაა. ვაშლის მასა, დედამიწისაზე შეუდარებლად მცირეა, ამიტომ სწორედ მისი აჩქარებაა შესამჩნევი დამკვირვებლისთვის და არა უზარმაზარი დედამიწის მიზერული აჩქარება.

 მთლიანობაში, ნიუტონის სამმა კანონმა მეცნიერებს მისცა ინსტრუმენტები, რომლებიც ჩვენს სამყაროში მიმდინარე ყველა მოვლენის კომპლექსური დაკვირვებებისთვისაა აუცილებელი. მეცნიერების კოლოსალური წინსვლის მიუხედავად, რომელიც ნიუტონის შემდეგ მოხდა, ავტომობილის ან კოსმოსური ხომალდის პროექტირებისას, ჩვენ მაინც ისევ ამ სამი კანონის გამოყენება გვიხდება.