Prawa Newtona – Fundament Mechaniki Klasycznej

Prawa Newtona są to tak naprawdę znane nam wszystkim z lekcji fizyki zasady dynamiki. Zostały sformułowane Isaaca Newtona i opublikowane w 1687 roku. Oprócz tych dwóch nazw możemy też spotkać się z określeniem „prawa ruchu”. Wynika ono z faktu, że prawa te określają związki zachodzące między siłami działającymi na jakieś ciało, a nim samym. Newton, publikując swoje prawa, doprowadził do zastąpienia przez nie fizyki Arystotelesa, która całkiem inaczej traktowała ruch.

Idea Galileusza – podstawa pierwszej zasady dynamiki

Galileusz już wcześniej zauważył, że nie ma potrzeby używania żadnej siły do podtrzymania ruchu ciała, jeśli wcześniej usuniemy wszelkie przeszkody ruchu dla tego ciała, oznacza to, że ruch taki nazywany obecnie ruchem jednostajnym prostoliniowym może odbywać się samodzielnie z siebie, bez żadnych oddziaływań zewnętrznych, dlatego ruch taki określany jest także czasem mianem ruchu swobodnego. Galileusz ponadto zauważył, iż opisy tego samego ruchu w dowolnym układzie się równoważne. Oznaczało to, że z każdym obiektem można związać jakiś układ odniesienia. Stwierdzenie to obecnie nazywamy zasadą względności.

Dodatkowo Galileusz opisał jakie zamiany wielkości opisujących ruch zachodzą przy zmianie układu odniesienia. Jeśli wybierzemy jakieś ciało, które będzie spełniało założenia tej idei oraz przypiszemy mu jakiś układ odniesienia, to każde inne ciało, na które nie będzie oddziaływać żadna siła zewnętrzna, także będzie w tym układzie poruszać się ruchem jednostajnym lub spoczywać. Każde takie ciało może zostać przypisane do nowego układu odniesienia. Wtedy układy takie będą względem siebie spoczywały lub poruszały się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Nazywamy je układami inercjalnymi.

Prawa Newtona, czyli 3 zasady dynamiki Newtona

Pierwsza zasada dynamiki jest nazywana również zasadą bezwładności. Zakłada, że jeśli na dane ciało, lub układ ciał nie oddziałuje żadna siła, lub wartość obu działających sił się równoważy, to ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym (pod warunkiem, że wcześniej się poruszało) lub pozostaje w spoczynku. Zasada bezwładności jest tak naprawdę rozwinięciem idei Galileusza.

Druga zasada dynamiki zakłada, iż ciało porusza się ruchem zmiennym, jeśli siła działająca na to ciało jest niezrównoważona. W tym wypadku wartość przyśpieszenia jest wprost proporcjonalna do wartości liczbowej działającej siły oraz do masy danego ciała. Częściej jednak spotykane jest stwierdzenie, że przyśpieszenie takiego ciała jest wprost proporcjonalne do siły wypadkowej, a odwrotnie proporcjonalne do masy tego ciała. Mówiąc prościej – impuls siły jest równy zmianie pędu ciała.

Trzecia zasada dynamiki zakłada, że jeśli pewne ciało oddziałuje na inne ciało pewną siłą F, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze z tą samą siłą, o tej samej wartości, kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie. Zasada ta przeważnie równoważy się zasadzie zachowania pędu w przypadku wykorzystania w mechanice klasycznej.