När Sir Isaac Newton publicerade Philosophiae Naturalis Principia Mathematica 1687 förändrade han fysikens värld för alltid. Newtons arbete är ryggraden i klassisk mekanik, användbart för att beskriva allt från planets rörelse runt solen till den rörelse du möter i ditt dagliga liv.
I synnerhet Newtons tre rörelselagar beskriva "vardaglig" rörelse, bygga på verk från de som Aristoteles och Galileo för att ge en exakt matematisk formulering av några av de mest grundläggande fysiklagarna.
Medan kvantmekanik och Einsteins teori om speciell relativitet behövs för att exakt beskriva rörelsen hos subatomär partiklar eller mycket stora eller snabba föremål, används Newtons rörelselagor fortfarande av forskare idag utanför dessa extrema situationer.
Newtons första rörelselag
De första lagen, som definieras av fysikklassrummet, säger att: ”Ett objekt i vila förblir i vila och ett objekt i rörelse förblir i enhetlig rörelse med samma hastighet och i samma riktning såvida det inte påverkas av en obalanserad tvinga."
Det kallas ibland tröghetslagen eftersom det beskriver ett objekts tendens att vara oförändrad (oavsett om de rör sig eller fortfarande) om inte en extern kraft appliceras. Observera att du behöver en "obalanserad" kraft för att ändra ett objekts hastighet; två krafter med samma styrka som skjuter i motsatta riktningar kommer helt enkelt att ta bort varandra.
Detta kan tyckas konstigt på jorden eftersom allt som rör sig så småningom vilar, men det beror bara på saker som friktionskraft och luftmotstånd. Om du tar foten från gaspedalen i en bil kommer den så småningom att stoppa på grund av dessa obalanserade krafter - du måste hålla foten på gaspedalen för att balansera krafterna och fortsätta vid en konstant hastighet. Om du skjuter ett föremål i rymden (långt ifrån tyngdkällor) skulle det fortsätta att röra sig i en rak linje i samma hastighet tills det stötte på en annan kraft.
Tips
Ett objekt rör sig med konstant hastighet eller förblir still när det inte finns någon nettokraft på det.
Newtons andra rörelselag
De andra lagen relaterar nettokraft Fnetto appliceras på ett objekt på produkten av objektets massa m och resulterande acceleration a. Den 2: a lagen anges matematiskt som:
F_ {net} = ma
I ord, nettokraft är lika med mass gånger acceleration. Så om du applicerar en nettokraft på 1 newton (1 N) på ett objekt med en vikt på 1 kg, kommer du att få det att accelerera med 1 m / s2 så länge kraften appliceras. Lagen anges mer exakt som:
\ bm {F_ {net}} = m \ bm {a}
Den fetstil erkänner det kraft och acceleration är vektorer eftersom kraftens och accelerationens riktning är viktig, liksom deras storlek. I praktiken kommer det att finnas flera komponenter av var och en i olika riktningar, och du måste använda vektortillägg för att fullständigt beskriva krafter och rörelse hos föremål i två eller tre dimensioner.
Detta förklarar vad en "obalanserad" kraft är: en 5 N-kraft i x riktning skulle avbrytas med en 5 N kraft i -x riktning, men om den andra kraften var i y riktning, skulle de kombineras till en nettokraft och producera rörelse (dvs. acceleration) i en riktning som du kan räkna ut från komponenterna.
Newtons tredje rörelselag
Newtons tredje lag anges ofta som "för varje handling finns en lika och motsatt reaktion", men en mer exakt formulering skulle vara: om en objektet utövar en kraft på ett andra objekt, det andra objektet utövar en kraft av samma storlek och motsatt riktning på det första objekt.
Med andra ord, alla krafter i universum kommer i par, från bakåttrycket du känner när du försöker skjut en vägg mot bogserbåten jorden ger solen som svar på gravitationskraften på solen Jorden.
Det bästa sättet att förstå detta är genom att tänka på normal styrka. När ett objekt vilar på marken utövar det en nedåtgående kraft på marken på grund av tyngdkraften (dess vikt), och golvet utövar en kraft uppåt på objektet av exakt samma storlek, känd som den normala kraften. Utan detta skulle objektet fortsätta att accelerera ner mot jordens centrum, vilket du definitivt skulle märka nästa gång du försökte sitta på en stol!
När du går trycker dina fötter ner på golvet och golvet skjuter tillbaka upp mot dina fötter i enlighet med Newtons tredje lag, som hjälper dig att driva dig framåt.