Newtonovi zakoni gibanja

Newtonovi zakóni [njútnovi ~] so trije zakoni, s katerimi je angleški fizik Isaac Newton opisal gibanje teles. Predstavljajo temelj dinamike in klasične mehanike.

Newton je zakone prvič formuliral v svojem znanem delu Matematična načela naravoslovja (Philosophiae naturalis principia mathematica), ki je izšlo leta 1687. Z orodji matematične analize, ki jih je razvil, ter s splošnim zakonom težnosti je Newton pojasnil Keplerjeve zakone gibanja planetov. Newtonove zakone je leta 1916 Albert Einstein s splošno teorijo relativnosti razširil na zelo velike hitrosti in močna polja.

Newtonovi zakoni gibanja so:

Če telo miruje ali se giblje premo enakomerno, nanj ne deluje nobena sila ali pa je vsota vseh sil, ki delujejo nanj enaka nič
Pospešek telesa je premo sorazmeren z rezultanto sil na telo in obratno sorazmeren z maso telesa
Če prvo telo deluje na drugo telo s silo, deluje to na prvo z enako veliko, a nasprotno usmerjeno silo.

Prvi Newtonov zakon

Prvi Newtonov zakon se včasih imenuje tudi zakon o vztrajnosti. Slednjega je prvi zapisal že Galileo Galilei, v svoji knjigi Dialogi, a ga je Newton umestil v širši kontekst mehanike. Galileo je trdil, da obstajata dve vrst gibanj: popolno in nepopolno. Pri popolnem gibanju na telo ne deluje nobena zunanja sila in je zato takšno gibanje premočrtno ali mirujoče; pri nepopolnem gibanju deluje na telo druga, zunanja sila. S tem sta Galilei in Newton ovrgla trditve Aristotela.

Iz tega sledi, da je premo enakomerno gibanje edino nepospešeno gibanje, mirovanje pa je poseben primer premo enakomernega gibanja. Zakon se lahko splošneje formulira tako, da se telo giblje premo enakomerno, če je vsota vseh sil, ki deluje na telo, enaka nič.

Ta zakon implicira, da na planete, ki krožijo okrog Sonca, deluje neka sila, saj je enakomerno kroženje pospešeno in ne premo gibanje.

Ta problem je Newton rešil za Zemljo, kjer je podal popoln zakon, popolno enačbo in je uspel točno določiti in opisati silo, ki jo povzroča Zemlja. Prav to je bil Newtonov največji doprinos in se danes imenuje drugi Newtonov zakon.

Drugi Newtonov zakon

Najpomembnejši od treh zakonov se pogosto imenuje kar Newtonov zakon. Zapiše se ga z enačbo:

{\vec {\mathbf {F} }}=m{\vec {\mathbf {a} }}\!\,.

Pri tem je ${\vec {\mathbf {F} }}$ sila, ki deluje na telo z maso m. Pod vplivom te sile se telo giblje s pospeškom ${\vec {\mathbf {a} }}$ . Sila in pospešek sta vektorja - pospešek ima smer sile.

Newton je prvotno formuliral silo kot spremembo gibalne količine v danem času:

{\vec {\mathbf {F} }}(t)=\lim _{\Delta t\rightarrow 0}{\frac {{\vec {\mathbf {G} }}(t+\Delta t)-{\vec {\mathbf {G} }}(t)}{\Delta t}}={\frac {\mathrm {d} {\vec {\mathbf {G} }}}{\mathrm {d} t}}\!\,.

Od tod se lahko izvede prva oblika, če se vstavi ${\vec {\mathbf {G} }}=m{\vec {\mathbf {v} }}$ in se masa m s časom ne spreminja.

Že zgoraj je bilo navedeno, da je Newton podal vse enačbe, s katerimi je možno opisati gibanje planetov in v primeru Zemlje je podal celoten zakon. Ni pa mu uspelo na splošno določiti in opisati sil, ki delujejo med telesi (z določeno maso) v prostoru. A vendarle je bil prepričan, da drži načelo, po katerem je akcija je enaka reakciji. Danes se to načelo imenuje tretji Newtonov zakon.

Tretji Newtonov zakon

Glavni članek: zakon o vzajemnem učinku.

Znan je tudi kot zakon o vzajemnem učinku ali zakon o akciji in reakciji.

Knjiga, ki leži na mizi, pritiska nanjo s silo svoje teže. Vendar pa tudi miza pritiska nazaj s silo, ki je enaka po velikosti, a nasprotna po smeri. Vsota vseh sil je torej enaka nič in sistem miruje, kar je skladno s prvim Newtonovim zakonom.