2. Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Zastanówmy się nad przypadkiem, kiedy pęd ciała nie zmienia się. Jeżeli pęd ciała nie ma ulec zmianie, to prędkość jako wektor nie może się zmieniać i masa też. Weźmy przykładowy poruszający się obiekt np. samochód. Niech samochód porusza się po linii prostej (idealna autostrada). Niech masa tego samochodu się nie zmienia. By utrzymać stałą prędkość samochodu musimy cały czas dodawać gazu – inaczej samochód zmniejsza szybkość na skutek oporu powietrza i tarcia kół o powierzchnię asfaltu, tarcia łożysk. Musimy tak naciskać pedał gazu, by samochód ani nie zwiększał ani nie zmniejszał szybkości. Siła, która napędza samochód musi być taka sama jak siły oporu. Musi być równowaga sił.

Aby samochód poruszał się i nie zmieniał swojego pędu siły działające na samochód muszą równoważyć się (siła wypadkowa działająca na samochód musi być równa 0)

A co z samochodem, który stoi w miejscu. Pęd samochodu wynosi zero, a tym samym samochód nie zmienia swojego pędu. Siły działające na ten samochód (ciężar ciała i siła reakcji podłoża) równoważą się.

Aby samochód nie poruszał się i nie zmieniał swojego pędu siły działające na samochód muszą równoważyć się (siła wypadkowa działająca na samochód musi być równa 0)

Czy możemy więc stwierdzić, że "jeżeli siły działające na ciało równoważą się, to pęd ciała nie zmienia się"? Otóż nie. Pamiętajmy, że ruch opisujemy względem innych ciał. opis ruchu zależy przecież od układu odniesienia. Musimy odpowiedzieć sobie na pytanie: "czy w każdym układzie odniesienia jeżeli siły działające na ciało się równoważą, to ciało to nie zmienia swojego pędu?". Albo odwrotnie: "Czy jeżeli pęd ciała się nie zmienia, to w każdym układzie odniesienia wnioskujemy, że na ciało działają siły zrównoważone?.

Weźmy dla przykładu książkę leżącą na stole. Na książkę działają siły zrównoważone. Teraz wsiądźmy do samochodu poruszającego się z przyspieszeniem i obserwujemy książkę. Jako obserwator jesteśmy w układzie odniesienia, który nie jest inercjalny. Widzimy, że książka oddala się od nas z przyspieszeniem. Czyli książka zmienia swój pęd. Nie możemy teraz powiedzieć że : "książka nie zmienia swojego pędu, gdyż działają na nią siły zrównoważone". Przecież widzimy, że pęd książki się. zmienia.

Jak widać w układach nie inercjalnych (które poruszają się z przyspieszeniem) nie możemy stwierdzić że z równowagi sił działających na ciało wynika, że nie zmienia ono swojego pędu. Jednak układ odniesienia, możemy wybrać dowolnie. Jeżeli przyjmiemy układ odniesienia związany ze stołem (inercjalny) to nasze stwierdzenie będzie prawdziwe. Okazuje się że zawsze możemy wybrać jakiś układ inercjalny i względem niego opisywać ruch i siły (a przynajmniej wierzymy, że taki układ da się znaleźć). Zdefiniujmy układy odniesienia:

Układ inercjalny - ciało (ciała) względem którego opisujemy ruch, które nie zmienia swojej prędkości.

Układ nieinercjalny - ciało (ciała) względem którego opisujemy ruch, które zmienia swoją prędkość.

Pierwszą zasadę sformułował Newton i można ją zapisać:

Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Istnieje taki układ inercjalny w którym jeżeli na ciało działają siły zrównoważone, to jego pęd nie ulega zmianie.

Przy założeniu, że masa ciała się nie zmienia można sformułować zasadę następująco: Istnieje taki układ inercjalny w którym jeżeli na ciało działają siły zrównoważone, to jego prędkość nie ulega zmianie.

I zasadę dynamiki można rozumieć w następujący sposób:
1. Jeżeli wybierzesz inercjalny układ odniesienia (np. drzewo przy drodze) i obserwujesz, że prędkość samochodu się nie zmienia, to możesz stwierdzić, że siły działające na samochód równoważą się (siła silnika jest zrównoważona przez opory ruchu).

2. Jeżeli wiesz, że na ciało działają siły zrównoważone, to na pewno prędkość ciała nie zmieni się( nie zmieni się wartość prędkości, nie zmieni się kierunek i zwrot ani punkt przyłożenia).

PRZYKŁAD 1. Z jaka siłą działają opory ruchu, jeżeli siła ciągu silnika wynosi 1000 N a ciało porusza się ze stała prędkością 10 m/s?

Odpowiedź: Siły muszą się równoważyć, gdyż samochód nie zmienia prędkości. Siła oporu ruchu musi być taka sama jak siła silnika czyli 1000 N.

PRZYKŁAD 2. Dlaczego pocisk po wylocie z lufy porusza się pomimo, że nie działa już parcie gazów.

Odpowiedź: . Na pocisk działają siły oporów ruchu (opór powietrza) i siła grawitacji . Dlatego pocisk leci po torze zwanym parabolą. Parcie gazów nadaje mu prędkość początkową.