В различных учебниках можно встретить различные формулировки первого закона Ньютона, то есть первого (базового) закона динамики. Напомним, что сам закон был открыт не Ньютоном, а Галилеем, но лишь благодаря Ньютону была осознана роль этого закона в физике как базиса для всей динамики. Именно Ньютон включил закон инерции Галилея в число трех основных законов динамики.

Великий Ньютон сформулировал этот закон так: «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние». Заметим, что Ньютон ничего не говорит о системах отсчета, в которых названное им состояние/состояния тела будут или не будут сохраняться. Но ведь говорить-то надо! Однако это не обязательно (да и нежелательно) делать в самой формулировке закона.

Приведем аналогию. Например, закон Ома для участка цепи I=U/R имеет следующие границы применимости: металлы и их сплавы в твердом и жидком состоянии (не газообразном), газы при малых напряженностях электрического поля в них (при большой напряженности уже будет происходить нелинейная вторичная ионизация электронным ударом), а также – главное – постоянство температуры того вещества, к которому мы применяем формулу I=U/R. Все эти пояснения, как правило, даются вне формулировки закона, объединясь общим термином «границы применимости» закона Ома для участка цепи.

Знаменитый популяризатор физики для школьников А.В.Перышкин формулирует первый закон динамики так: «Если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или прямолинейного равномерного движения», и на этом ставится точка – ИСО даже не упоминаются (см., напрмер, «Курс физики: часть 1, издание 13», страница 59. Москва, Просвещение, 1967 г.). То есть границы применимости этого закона также никак не обсуждаются. Это и не удивительно, поскольку эра космических полётов только начиналась, и понятие ИСО не было востребованным в физике.

Не менее знаменитые реформаторы школьной физики И.К.Кикоин и А.К.Кикоин, которые ввели в школу векторное изложение механики (изучаемое нами в 9 классе по сей день), дают свою формулировку первого закона динамики: «Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела (или действие других тел компенсируется)». Заметим: конец фразы сами авторы поместили в скобки (см., например, «Физика, учебник для 8 класса, издание 7», страница 67, Москва, Просвещение, 1984 г.).

Для справки. Легендарный «Элементарный учебник физики п/ред Г.С.Ландсберга, издание 10», страница 78, Москва, Наука, 1985 г.) так формулирует первый закон Ньютона: «Если на тело не действуют никакие другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно Земли». К этой авторской формулировке редактор 10-го издания учебника делает примечание: ... относительно Солнца, когда координатные оси направлены на неподвижные звезды. Не будем обсуждать что такое «неподвижные звезды» и относительно чего они неподвижны, заметим лишь, что проблема ИСО затрагивается как в авторском тексте учебника, так и в редакторском примечании.

Ура! Наконец-то делается акцент на границах применимости закона. Конечно, и Ньютон, и Перышкин эти границы понимали, но почему-то не озвучивали явно. Более поздние авторы, Кикоины, эти границы озвучивают явно, более того, делают следующий логичный шаг – вводят определение ИСО. Их формулировка звучит так: «Системы отсчета, относительно которых тело при компенсации внешних воздействий движется равномерно и прямолинейно, называют инерциальными системами отсчета». Так в школьной физике появились ИСО, не знать о которых в век космических полетов уже было непозволительно: ведь траектории космических полетов рассчитывают только в ИСО.

Напомним: конец фразы (или действие других тел компенсируется) авторы Кикоины поместили в скобки. Попробуем предположить: почему они так поступили? Позднее, через 18 страниц их учебника, они приводят другую формулировку первого закона Ньютона: «Существуют системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю», давая в виде сноски пояснение про вращающиеся тела, к которым понятие равнодействующей силы применимо лишь частично (см., например, «Физика, учебник для 8 класса, издание 7», страница 85, Москва, Просвещение, 1984 г.).

Вероятно, авторы Кикоины хотели продемонстрировать связь обеих формулировок одного и того же закона, поэтому и говорили о компенсации сразу же (хоть и в скобках). Но правильно ли так поступать? Было бы правильно, если было бы дано определение «компенсации». Но ведь его нет и быть не может до того, как будет введена равнодействующая сила и второй закон Ньютона, для которых нужна ИСО (ведь второй закон Ньютона не в ИСО не обязан всегда выполняться, хотя иногда выполняется – если нет сил инерции). Но коль это не обсуждается, то нельзя обсуждать и «компенсацию» – такого термина нет ни в одной физической энциклопедии.

Так что же нужно сделать, чтобы убрать все противоречия?

1. Первый закон Ньютона – о свободном теле, на которое не действуют никакие тела вообще, поэтому о компенсации речь вести не нужно. Тогда ИСО – это границы применимости первого закона Ньютона (да и второго, и третьего тоже, – но это материал для углубленного курса физики, где рассматриваются силы инерции).

2. Второй закон Ньютона позволяет вести речь о компенсации действия тел/сил, и это полезно с точки зрения преподавания физики школьникам: так им тогда проще понять равенство нулю равнодействующей силы. Однако это уже второй закон динамики и, кроме того, он должен быть сначала сформулирован, чтобы (после) говорить о компенсации!

3. На мой взгляд, лучше не говорить о «компенсации действия тел», поскольку не ясно: кто/что и как компенсирует. На мой взгляд, лучше говорить об «уравновешенности приложенных сил» или «взаимном уравновешивании приложенных сил», поскольку равновесие – это состояние покоя (или равномерного прямолинейного движения).

(C) 2015. Кривченко Игорь Викторович (г. Москва)