Isaac Newton gaf de beste beschrijving van de verbanden tussen kracht en beweging in zijn drie beroemde wetten, en erover leren is een cruciaal onderdeel van het leren van natuurkunde. Ze vertellen je wat er gebeurt als er een kracht op een massa wordt uitgeoefend, en definiëren ook het sleutelbegrip kracht. Als je de relatie tussen kracht en beweging wilt begrijpen, zijn de eerste twee wetten van Newton de belangrijkste om te overwegen, en ze zijn gemakkelijk te begrijpen. Ze leggen uit dat elke verandering van bewegend naar niet bewegend of omgekeerd een onevenwichtige kracht vereist en dat de hoeveelheid beweging is evenredig met de grootte van de kracht en omgekeerd evenredig met de massa van het object.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Als er geen kracht is, of als de enige krachten perfect in balans zijn, zal een object ofwel stil blijven staan of met exact dezelfde snelheid blijven bewegen. Alleen ongebalanceerde krachten veroorzaken veranderingen in de snelheid van een object, inclusief het veranderen van de snelheid van nul (d.w.z. stationair) naar meer dan nul (bewegend).
De eerste wet van Newton: ongebalanceerde krachten en beweging
De eerste wet van Newton zegt dat een object in rust blijft (niet in beweging) of in beweging blijft exact dezelfde snelheid en in exact dezelfde richting, tenzij er wordt ingewerkt door een “ongebalanceerde” dwingen. In eenvoudiger bewoordingen zegt het dat iets alleen beweegt als iets anders het duwt, en dat dingen alleen stoppen, van richting veranderen of sneller beginnen te bewegen als iets het duwt.
Het begrijpen van de betekenis van "onevenwichtige kracht" verduidelijkt deze wet. Als er twee krachten op een voorwerp werken, de ene duwt het naar links en de andere duwt het naar rechts, zal het alleen bewegen als een van de krachten groter is dan de andere. Als ze precies dezelfde sterkte hebben, blijft het object gewoon staan waar het is.
Een manier om dit voor te stellen, is door na te denken over een weegschaal, met gewichten aan weerszijden ervan. De gewichten worden naar beneden getrokken door de zwaartekracht, en het enige dat van invloed is op hoeveel zwaartekracht ze trekt, is hoeveel massa er is. Als je aan beide kanten dezelfde hoeveelheid massa hebt, blijft de weegschaal stil staan. De weegschaal beweegt alleen als je hem letterlijk uit balans maakt qua massa. Het verschil in massa betekent dat de krachten die aan beide zijden van de schaal werken uit balans zijn, en dus beweegt de schaal.
Constante beweging voorstellen met dezelfde snelheid is moeilijker omdat je dit in het dagelijks leven niet tegenkomt. Bedenk wat er zou gebeuren als je een speelgoedauto op een perfect glad (wrijvingsloos) oppervlak zou hebben staan en er geen lucht in de kamer zou zijn. De auto zou stil blijven staan tenzij hij werd geduwd, zoals hierboven beschreven. Maar wat gebeurt er na de push? Er is geen wrijving met het oppervlak om het te vertragen en geen lucht om het te vertragen. Het oppervlak balanceert de zwaartekracht (door iets dat de 'normale reactie' wordt genoemd, gerelateerd aan de derde wet van Newton), en er werken geen krachten op van links of rechts. In deze situatie zou de auto met dezelfde snelheid langs het oppervlak blijven rijden. Als het oppervlak oneindig lang was, zou de auto voor altijd met die snelheid blijven rijden.
De tweede wet van Newton: wat is kracht?
De tweede wet van Newton definieert het begrip kracht. Het stelt dat de kracht die op een object wordt uitgeoefend gelijk is aan de massa vermenigvuldigd met de versnelling die de kracht veroorzaakt. In symbolen is dit:
F=ma
De eenheid van kracht is de Newton - om de persoon die het definieerde te erkennen - wat een verkorte manier is om kilogram-meter per seconde kwadraat (kg m/s2). Als je een massa van 1 kg hebt en je wilt deze elke seconde met 1 m/s versnellen, dan moet je een kracht van 1 N uitoefenen.
Het op de volgende manier schrijven van de wet van Newton helpt om het verband tussen kracht en beweging te verduidelijken:
Versnelling, aan de linkerkant, vertelt ons hoeveel iets beweegt. De rechterkant laat zien dat een grotere kracht leidt tot meer beweging als de massa van het object hetzelfde is. Als er een specifieke kracht wordt uitgeoefend, laat deze vergelijking ook zien dat de hoeveelheid versnelling afhangt van de massa die je probeert te verplaatsen. Een groter, zwaarder object beweegt minder dan een kleiner, lichter object dat wordt onderworpen aan dezelfde duw. Als je een voetbal trapt, zal deze veel meer bewegen dan wanneer je met dezelfde kracht tegen een bowlingbal trapt.