Досліди і спостереження показують, що причиною зміни руху тіл, т. Е. Причиною зміни їх швидкості, є дії на них інших тіл. Кількісно дію одного тіла на інше, що викликає зміна швидкості, виражається величиною, званої силою.
Дія одного тіла на інше не одностороннє. Тіла взаємодіють. Прискорення, яке отримує тіло при цьому взаємодії, залежить від особливої властивості всякого тіла -
його інертності. Кількісно це властивість виражається величиною, званої масою.
Перший закон Ньютона стверджує, що відносно інерційних систем відліку тіло рухається прямолінійно і рівномірно або перебуває в спокої, якщо сума сил, що діють на нього, дорівнює нулю. Іншими словами, в цьому випадку тіло знаходиться в стані рівноваги. Вивести тіло зі стану рівноваги може тільки доданий до нього сила.
Другий закон Ньютона встановлює зв'язок сили з викликаним нею прискоренням: сила, що діє на тіло незалежно від її природи, дорівнює добутку маси тіла на що повідомляються цією силою прискорення:
Третій закон Ньютона вказує на те, що дія одного тіла на інше має взаємний характер: тіла діють один на одного силами однієї і тієї ж природи, рівними по модулю і протилежними за напрямком:
Закони руху виражаються двома простими (на перший погляд) формулами. Але міститься в них надзвичайно багато. Адже навколо нас відбуваються найрізноманітніші руху: тече вода в річках, падають водоспади, проносяться над Землею вітри і урагани, мчать по дорогах автомобілі, плавають по морях кораблі, літають в повітрі літаки, в космічному просторі рухаються галактики, зірки, планети і створені людиною космічні кораблі. Ці рухи і тіла, які їх здійснюють, не схожі одне на інше. Різні й сили, що діють на них. Але для всіх цих рухів, тіл і сил справедливі закони Ньютона, математично виражені в наведених вище формулах, на вигляд таких простих.
Механіка Ньютона була першою в історії фізики (та й взагалі науки) закінченою, теорією, правильно описує великий клас явищ - руху тіл. Один із сучасників Ньютона так висловив своє захоплення цією теорією в віршах, які ми наводимо у вільному перекладі С. Я. Маршака:
Був цей світ глибокою пітьмою оповитий. Да буде світло! І ось з'явився Ньютон.
Закони Ньютона в принципі дозволяють вирішити будь-яке завдання механіки. Якщо відомі сили, прикладені до тіла, можна знайти прискорення тіла в будь-який момент часу, в будь-якій точці його траєкторії.
Так завершується та «ланцюжок», про яку говорилося в кінці третього розділу: по відомим силам і масі тіла знаходять прискорення, потім обчислюють його швидкість, переміщення і, нарешті, координати тіла в будь-який момент часу. Для цього потрібно ще знати початкові умови - початкове положення і початкову швидкість тіла.
Закони Ньютона дозволяють людям не тільки вивчати руху, але і управляти ними. Наприклад, вченим, які керують польотом космічного корабля, необхідно, звичайно, знати положення корабля в будь-який момент часу. Вони і дізнаються його, користуючись згадуваної «ланцюжком». Їм відомо початкове положення корабля на стартовому майданчику і його початкова швидкість. Їм відомі і сили, що діють на корабель в будь-якій точці його траєкторії. Користуючись цими даними, вони і вирішують задачу механіки стосовно космічному кораблю. Але сил, що діють на корабель, багато, вони весь час змінюються, а обчислювати потрібно не одну координату, а три. Тому обчислення настільки складні, що доводиться залучати на допомогу обчислювальні машини.
Не слід думати, що законами механіки користуються виключно для того, щоб обчислювати координати рухомих тел. Нерідкі випадки, коли рух тіла відомо, т. Е. Відомо його положення в різні моменти часу. Тоді закони Ньютона дозволяють з'ясувати, які сили діють на тіло.