Sir Isaac Newtons drei Bewegungsgesetze beschreiben die Bewegung massiver Körper und wie sie interagieren. Während uns Newtons Gesetze heute offensichtlich erscheinen mögen, galten sie vor mehr als drei Jahrhunderten als revolutionär.Newton war einer der einflussreichsten Wissenschaftler aller Zeiten. Seine Ideen wurden zur Grundlage der modernen Physik. Er baute auf Ideen auf, die aus den Werken früherer Wissenschaftler wie Galileo und Aristoteles hervorgingen, und konnte einige Ideen beweisen, die in der Vergangenheit nur Theorien waren. Er studierte Optik, Astronomie und Mathematik — er erfand Kalkül. (Dem deutschen Mathematiker Gottfried Leibniz wird auch zugeschrieben, dass er es ungefähr zur gleichen Zeit unabhängig entwickelt hat. Newton ist vielleicht am besten bekannt für seine Arbeiten zur Untersuchung der Schwerkraft und der Bewegung von Planeten. Von dem Astronomen Edmond Halley gedrängt, nachdem er zugegeben hatte, dass er einige Jahre zuvor seinen Beweis für elliptische Bahnen verloren hatte, veröffentlichte Newton seine Gesetze 1687 in seinem wegweisenden Werk „Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica“ (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie), in dem er formalisierte die Beschreibung, wie sich massive Körper unter dem Einfluss äußerer Kräfte bewegen.Bei der Formulierung seiner drei Gesetze vereinfachte Newton seine Behandlung massiver Körper, indem er sie als mathematische Punkte ohne Größe oder Rotation betrachtete. Dadurch konnte er Faktoren wie Reibung, Luftwiderstand, Temperatur, Materialeigenschaften usw. ignorieren., und konzentrieren Sie sich auf Phänomene, die allein in Bezug auf Masse, Länge und Zeit beschrieben werden können. Folglich können die drei Gesetze nicht verwendet werden, um das Verhalten großer starrer oder verformbarer Objekte genau zu beschreiben.Newtons Gesetze beziehen sich auf die Bewegung massiver Körper in einem Trägheitsreferenzrahmen, der manchmal als Newtonscher Referenzrahmen bezeichnet wird, obwohl Newton selbst einen solchen Referenzrahmen nie beschrieben hat. Ein Trägheitsreferenzrahmen kann als ein 3-dimensionales Koordinatensystem beschrieben werden, das entweder stationär oder in gleichmäßiger linearer Bewegung ist. d.h. es beschleunigt oder rotiert nicht. Er fand heraus, dass Bewegung innerhalb eines solchen Trägheitsreferenzrahmens durch drei einfache Gesetze beschrieben werden kann. Das Erste Gesetz der Bewegung besagt: „Ein Körper in Ruhe bleibt in Ruhe, und ein Körper in Bewegung bleibt in Bewegung, es sei denn, er wird von einer äußeren Kraft beeinflusst.“ Dies bedeutet einfach, dass die Dinge nicht von selbst starten, stoppen oder die Richtung ändern können. Es braucht etwas Kraft, die von außen auf sie einwirkt, um eine solche Veränderung zu bewirken. Diese Eigenschaft massiver Körper, Änderungen ihres Bewegungszustands zu widerstehen, wird manchmal als Trägheit bezeichnet. Das zweite Bewegungsgesetz beschreibt, was mit einem massiven Körper passiert, wenn er von einer äußeren Kraft beaufschlagt wird. „Die Kraft, die auf ein Objekt wirkt, ist gleich der Masse dieses Objekts mal seiner Beschleunigung.“ Dies wird in mathematischer Form als F = ma geschrieben, wobei F die Kraft, m die Masse und a die Beschleunigung ist. Die fetten Buchstaben zeigen an, dass Kraft und Beschleunigung Vektorgrößen sind, was bedeutet, dass sie sowohl Größe als auch Richtung haben. Die Kraft kann eine einzelne Kraft sein, oder sie kann die Vektorsumme von mehr als einer Kraft sein, die die Nettokraft ist, nachdem alle Kräfte kombiniert wurden.
Wenn eine konstante Kraft auf einen massiven Körper einwirkt, bewirkt sie, dass er mit konstanter Geschwindigkeit beschleunigt, d. H. Seine Geschwindigkeit ändert. Im einfachsten Fall bewirkt eine auf ein ruhendes Objekt ausgeübte Kraft eine Beschleunigung in Richtung der Kraft. Wenn sich das Objekt jedoch bereits in Bewegung befindet oder wenn diese Situation von einem sich bewegenden Referenzrahmen aus betrachtet wird, scheint dieser Körper abhängig von der Richtung der Kraft und den Richtungen, in denen sich Objekt und Referenzrahmen relativ zueinander bewegen, zu beschleunigen, zu verlangsamen oder die Richtung zu ändern. Das dritte Gesetz der Bewegung besagt: „Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.“ Dieses Gesetz beschreibt, was mit einem Körper passiert, wenn er eine Kraft auf einen anderen Körper ausübt. Kräfte treten immer paarweise auf, wenn also ein Körper gegen einen anderen drückt, drückt der zweite Körper genauso stark zurück. Wenn Sie beispielsweise einen Wagen schieben, drückt sich der Wagen gegen Sie zurück; Wenn Sie an einem Seil ziehen, zieht sich das Seil gegen Sie zurück; Wenn die Schwerkraft Sie gegen den Boden zieht, drückt der Boden gegen Ihre Füße; und wenn eine Rakete ihren Treibstoff dahinter zündet, drückt das expandierende Abgas auf die Rakete und beschleunigt sie.
Wenn ein Objekt viel, viel massiver ist als das andere, insbesondere wenn das erste Objekt in der Erde verankert ist, wird praktisch die gesamte Beschleunigung auf das zweite Objekt übertragen, und die Beschleunigung des ersten Objekts kann sicher ignoriert werden. Wenn Sie zum Beispiel einen Baseball nach Westen werfen würden, müssten Sie nicht berücksichtigen, dass Sie tatsächlich die Rotation der Erde so leicht beschleunigt haben, während der Ball in der Luft war. Wenn Sie jedoch auf Rollschuhen standen und eine Bowlingkugel nach vorne warfen, würden Sie sich mit spürbarer Geschwindigkeit rückwärts bewegen.
Die drei Gesetze wurden in den letzten drei Jahrhunderten durch unzählige Experimente verifiziert und werden bis heute häufig verwendet, um die Arten von Objekten und Geschwindigkeiten zu beschreiben, denen wir im Alltag begegnen. Sie bilden die Grundlage dessen, was heute als klassische Mechanik bekannt ist, nämlich das Studium massiver Objekte, die größer sind als die sehr kleinen Skalen, die von der Quantenmechanik angesprochen werden, und die sich langsamer bewegen als die sehr hohen Geschwindigkeiten, die von der relativistischen Mechanik angesprochen werden.