ニュートンの運動の第 1 法則入門

人類は昔からずっと物体が 動いているところを 見てきています ではこれを動いている物体としましょう これはここで移動して いる物体です ただどんな物体の動きもどうも いつかどこかて停止するようです この動いている物体に 何もしないでいると この物体はやがて自分で 停止するでしょう これはやがて静止する これを他の面から見れば ある物体をずっと動かして おきたければ 何か力を働かせる 必要があるようです 私たちの日常生活では ある物体に力を与えずに いてそれがずうっと 動き続けるという ことは経験しません 物はいつでもいつか止まるようです このため人類の歴史の ほとんどの期間 たぶん前史時代からですけれども 古代のギリシャでは 確実にそうでしたが それは 1600 年代の始めになるまで 少なくとも 2000 年間にわたって 物体は停止する自然の性質 があると 仮定されていました 物体には静止するまたは 停止する性質があると そしてそれらを動かし 続けたければ 何らかの正味の力を それに与える必要があると もう一度これは完全に 人類の日常の経験と 一貫することです 私たち皆が生涯に渡って 経験することですね しかしこれらの人たちが 1600 年代に現れました あなたはここに 3 人もの 人たちがいることに 驚くかもしれません なぜならこれはニュートンの 法則のビデオなのに 3 人も人がいるからです もちろんこの 3 人のうちの 1 人は アイザックニュートン卿です ここにいるのがニュートンです しかし他の 2 人の人も少なく とも同じ位の 名誉を受けるべきです なぜなら彼らはニュートン の運動の 第 1 法則と同じことを ニュートンよりも前に 言っているからです これはガリレオ・ガリレイで こちらがルネ・デカルトです 彼らはそれを違った 方法で記述しました そしてニュートンが単純にその 名誉を取りました というのもニュートンは実際に 彼の他の法則と一緒にして この法則を広い枠組みの中に含 めたからです そして彼の重力の法則は 本当に古典力学の基礎と なったからです そして少なくとも 20 世紀 になるまでは それがこの現実の世界が実際に どう働くのかを記述していたように 思われました しかし1600 年代になって この 3 人が言うには 多分この世界は違った方法 で働くのではないか 多分物体はその速度， 速さと方向を 保つ自然の性質がある のではないかと 考えたのです そしてもし速さが 0 であれば その静止状態を保つだろう ここで「ただし」が入ります ただしそれは不釣り合いな力が 働かない限りはそうである ただしそれは不釣り合いな力が 働かない限りはそうだ つまり完全に反対の考え方です 2000 年間に渡って物体は 自然に止まる性質が あると考えられてきました もし運動を続けさせるには 力を与える必要がある ところがこの 3 人は 物体はその運動を永遠に保つ 性質があると言うのです そしてそれらを止める 唯一の方法は それに作用をするまたは 加速させることである すると速さか方向を変えるには 不釣り合いな力を作用 させる必要がある しかしあなたはこう言う かもしれません いったいどうなっているの さっきこちらでこう説明 したじゃないですか ほとんどの人類の歴史の中で こちらが観測されたことです これらの人たちが物体は 永遠に動き続ける 性質があるなどと どうして言えたのでしょうか これは何か変ではないですか 彼らの大きな洞察ですけれども それは多分これらは自分自身で 停止するような性質がある のではなくて 回りの環境と相互作用するから これらの運動に 反対するような力の作用が 生まれるのではないか ということです だからもしある物体を ほおっておけば それを止めようとするような 正味の力があるのでしょう そしてここの例では その正味の力とは摩擦の力です それはこのブロックと 地面の間の相互作用です ここでこれだけを何もしないで ほおっておくと 考えているかもしれませんが 実際にはその運動を止めようと するような 正味の力があるのです それは摩擦の力です そしてこれらの 3 人が それに気がつきました 彼らはもしブロックが自然に 止まる性質があるならば 環境がどう変わっても いつも同じように 止まるはずではないか しかし彼らはもしこの表面を少し 滑らかにできたら この物がもっと遠くまで移動する ことを見ました そして考えたのです もしこの表面を完全に 摩擦がないものにできたら この物はいつまでも移動 をするだろうと 彼らには人工衛星を 打ち上げるようなことは できませんでしたので こういうことを宇宙空間で 実験できませんでした ですからこれはとても直感に 反する思考実験だったのです あなたはでもこうも言うかも しれません 他の実際のことはどうなのですか たとえばもし TV のセットを 部屋の中で 引っぱって移動したいとすると 私はそれに力を作用させます そしてこれらの人たちが言うのは もしTV の速度を保とうとしたら あなたはこの正味の負の力に 反対の力を与えているのですと するともしこれが TV をカーペット の上をひきずる場合には 摩擦の力がこの物体の運動を 打ち消すようにかかって いるはずです するとあなたがそれを押す時には 基本的に釣り合うように しているはずです もし完璧に釣り合っているとしたら その速度を一定に保つことが できるでしょう もしそれを加速させたいとしたら あなたが押している方向に より強い力を 作用させる必要があります