Isaac Newton ให้คำอธิบายที่ดีที่สุดเกี่ยวกับความเชื่อมโยงระหว่างแรงและการเคลื่อนที่ในกฎที่มีชื่อเสียงสามข้อของเขา และการเรียนรู้เกี่ยวกับกฎเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของการเรียนรู้ฟิสิกส์ พวกเขาบอกคุณว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแรงถูกนำไปใช้กับมวล และยังกำหนดแนวคิดหลักของแรงด้วย หากคุณต้องการเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการเคลื่อนไหว กฎของนิวตันสองข้อแรกคือกฎที่สำคัญที่สุดที่ต้องพิจารณา และง่ายต่อการเข้าใจ พวกเขาอธิบายว่าการเปลี่ยนแปลงใด ๆ จากการเคลื่อนไหวเป็นไม่เคลื่อนที่หรือในทางกลับกันต้องใช้แรงที่ไม่สมดุลและ ปริมาณการเคลื่อนที่เป็นสัดส่วนกับขนาดของแรงและเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของวัตถุ
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
หากไม่มีแรงหรือแรงเพียงอย่างเดียวมีความสมดุลอย่างสมบูรณ์ วัตถุก็จะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วเท่ากันทุกประการ เฉพาะแรงที่ไม่สมดุลเท่านั้นที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความเร็วของวัตถุ รวมถึงการเปลี่ยนความเร็วจากศูนย์ (เช่น อยู่กับที่) เป็นมากกว่าศูนย์ (เคลื่อนที่)
กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน: แรงและการเคลื่อนที่ไม่สมดุล
กฎข้อที่หนึ่งของนิวตันกล่าวว่าวัตถุจะยังคงอยู่นิ่ง (ไม่เคลื่อนที่) หรือเคลื่อนที่ที่ ความเร็วเท่ากันทุกประการและในทิศทางเดียวกันทุกประการ เว้นแต่จะกระทำโดย "ไม่สมดุล" บังคับ. พูดง่ายๆ ก็คือ บางสิ่งเคลื่อนที่ได้ก็ต่อเมื่อมีสิ่งอื่นดัน และทุกสิ่งจะหยุด เปลี่ยนทิศทาง หรือเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้นหากมีบางอย่างดัน
การเข้าใจความหมายของ “แรงที่ไม่สมดุล” จะทำให้กฎหมายนี้กระจ่าง ถ้าแรงสองแรงกระทำต่อวัตถุ อันหนึ่งผลักไปทางซ้ายและอีกแรงผลักไปทางขวา แรงหนึ่งจะเคลื่อนที่ก็ต่อเมื่อแรงหนึ่งแรงกว่าอีกแรงหนึ่งเท่านั้น หากพวกมันมีความแข็งแกร่งเท่ากันทุกประการ วัตถุก็จะอยู่ในตำแหน่งที่มันอยู่
วิธีหนึ่งที่จะจินตนาการถึงสิ่งนี้คือการนึกถึงชุดของตาชั่ง โดยให้น้ำหนักอยู่ด้านใดด้านหนึ่ง น้ำหนักกำลังถูกแรงโน้มถ่วงดึงลงมา และสิ่งเดียวที่ส่งผลต่อแรงโน้มถ่วงที่ดึงพวกมันคือมวลที่มีอยู่ หากคุณมีมวลเท่ากันทั้งสองด้าน มาตราส่วนจะยังคงอยู่ มาตราส่วนจะเคลื่อนที่ได้ก็ต่อเมื่อคุณทำให้มันไม่สมดุลในแง่ของมวล ความแตกต่างของมวลหมายความว่าแรงที่กระทำต่อทั้งสองด้านของมาตราส่วนนั้นไม่สมดุล ดังนั้นมาตราส่วนจะเคลื่อนที่
การจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวคงที่ด้วยความเร็วเท่าเดิมนั้นยากกว่าเพราะคุณไม่พบสิ่งนี้ในชีวิตประจำวัน ลองคิดดูว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณมีรถของเล่นนั่งบนพื้นผิวที่ราบเรียบ (ไม่มีแรงเสียดทาน) และไม่มีอากาศในห้อง รถจะจอดนิ่งเว้นแต่จะถูกผลัก ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น แต่จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากการกด? ไม่มีแรงเสียดทานกับพื้นผิวทำให้ช้าลงและไม่มีอากาศให้ช้าลง พื้นผิวสมดุลแรงโน้มถ่วง (โดยสิ่งที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาปกติ" ซึ่งเกี่ยวข้องกับกฎข้อที่สามของนิวตัน) และไม่มีแรงกระทำต่อมันจากทางซ้ายหรือขวา ในสถานการณ์เช่นนี้ รถจะวิ่งต่อไปด้วยความเร็วเท่ากันตลอดพื้นผิว หากพื้นผิวนั้นยาวเป็นอนันต์ รถก็จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วนั้นตลอดไป
กฎข้อที่สองของนิวตัน: แรงคืออะไร?
กฎข้อที่สองของนิวตันกำหนดแนวคิดของแรง โดยระบุว่าแรงที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับมวลของวัตถุคูณด้วยความเร่งที่เกิดจากแรง ในสัญลักษณ์ นี่คือ:
F=ma
หน่วยของแรงคือนิวตัน – เพื่อรับทราบบุคคลที่กำหนดมัน – ซึ่งเป็นวิธีชวเลขหมายถึงกิโลกรัม-เมตรต่อวินาทีกำลังสอง (kg m/s2). หากคุณมีมวล 1 กก. และต้องการเร่งความเร็ว 1 เมตร/วินาทีทุกวินาที คุณต้องใช้แรง 1 นิวตัน
การเขียนกฎของนิวตันด้วยวิธีต่อไปนี้ช่วยอธิบายความเชื่อมโยงระหว่างแรงและการเคลื่อนที่:
อัตราเร่งทางด้านซ้ายจะบอกเราว่ามีอะไรเคลื่อนที่มากแค่ไหน ด้านขวามือแสดงว่าแรงที่มากขึ้นทำให้เกิดการเคลื่อนที่มากขึ้นหากมวลของวัตถุเท่ากัน หากใช้แรงเฉพาะ สมการนี้ยังแสดงว่าปริมาณความเร่งขึ้นอยู่กับมวลที่คุณพยายามจะเคลื่อนที่ วัตถุที่ใหญ่กว่าและหนักกว่าจะเคลื่อนที่น้อยกว่าวัตถุที่เล็กกว่าและเบากว่าภายใต้แรงกดที่มีขนาดเท่ากัน หากคุณเตะลูกฟุตบอล มันจะเคลื่อนไหวมากกว่าที่คุณเตะลูกโบว์ลิ่งที่มีกำลังเท่ากัน