trzy prawa ruchu Sir Isaaca Newtona opisują ruch masywnych ciał i ich interakcje. Podczas gdy prawa Newtona mogą wydawać się nam dziś oczywiste, ponad trzy wieki temu były uważane za rewolucyjne.
Newton był jednym z najbardziej wpływowych naukowców wszech czasów. Jego idee stały się podstawą współczesnej fizyki. Budował na ideach wysuniętych z prac poprzednich naukowców, w tym Galileusza i Arystotelesa i był w stanie udowodnić niektóre idee, które były tylko teorie w przeszłości. Studiował optykę, astronomię i matematykę-wynalazł rachunek różniczkowy. (Niemiecki matematyk Gottfried Leibniz również przypisuje się opracowanie go niezależnie w mniej więcej tym samym czasie.)
Newton jest prawdopodobnie najbardziej znany ze swojej pracy w badaniu grawitacji i ruchu planet. Zachęcony przez astronoma Edmonda Halleya po przyznaniu, że stracił dowód na istnienie eliptycznych Orbit kilka lat wcześniej, Newton opublikował swoje prawa w 1687 roku, w swojej przełomowej pracy „Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (Matematyczne zasady filozofii przyrody), w której sformalizował opis ruchu masywnych ciał pod wpływem sił zewnętrznych.
formułując swoje trzy prawa, Newton uprościł swoje traktowanie masywnych ciał, uznając je za matematyczne punkty bez rozmiaru i obrotu. Pozwoliło mu to ignorować takie czynniki jak tarcie, opór powietrza, temperatura, właściwości materiału itp. i skoncentrować się na zjawiskach, które można opisać wyłącznie w kategoriach masy, długości i czasu. W związku z tym, trzy prawa nie mogą być używane do precyzyjnego opisania zachowania dużych sztywnych lub odkształcalnych obiektów; jednak w wielu przypadkach zapewniają one odpowiednio dokładne przybliżenia.
prawa Newtona odnoszą się do ruchu masywnych ciał w inercyjnej ramie odniesienia, czasami nazywanej Newtonowską ramą odniesienia, chociaż sam Newton nigdy nie opisał takiej ramy odniesienia. Bezwładnościową ramę odniesienia można opisać jako trójwymiarowy układ współrzędnych, który jest stacjonarny lub w jednolitym ruchu liniowym., tzn. nie przyspiesza ani nie obraca. Odkrył, że ruch w ramach takiego inercyjnego układu odniesienia można opisać trzema prostymi prawami.
pierwsze prawo ruchu stwierdza: „ciało w stanie spoczynku pozostanie w stanie spoczynku, a ciało w ruchu pozostanie w ruchu, chyba że zostanie zadziałane przez siłę zewnętrzną.”Oznacza to po prostu, że rzeczy nie mogą same się zaczynać, zatrzymywać ani zmieniać kierunku. Potrzeba trochę siły działającej na nich z zewnątrz, aby spowodować taką zmianę. Ta właściwość masywnych ciał, aby oprzeć się zmianom w ich stanie ruchu, jest czasami nazywana bezwładnością.
drugie prawo ruchu opisuje, co dzieje się z masywnym ciałem, gdy jest ono oddziaływane przez siłę zewnętrzną. Stwierdza on: „siła działająca na obiekt jest równa masie tego obiektu razy jego przyspieszenie.”Jest to zapisane w formie matematycznej jako F = ma, gdzie F to siła, m to masa, a a to przyspieszenie. Pogrubione litery wskazują, że siła i przyspieszenie są wielkościami wektorowymi, co oznacza, że mają zarówno wielkość, jak i kierunek. Siła może być siłą pojedynczą lub może być sumą wektorową więcej niż jednej siły, która jest siłą netto po połączeniu wszystkich sił.
Kiedy stała siła działa na masywne ciało, powoduje ono przyspieszenie, tj. zmianę jego prędkości, ze stałą szybkością. W najprostszym przypadku siła przyłożona do obiektu w spoczynku powoduje, że przyspiesza on w kierunku siły. Jeśli jednak obiekt jest już w ruchu lub sytuacja ta jest oglądana z ruchomej klatki odniesienia, ciało to może wydawać się przyspieszać, zwalniać lub zmieniać kierunek w zależności od kierunku siły i kierunków, w których obiekt i ramka odniesienia poruszają się względem siebie.
trzecie prawo ruchu stwierdza: „dla każdego działania istnieje równa i przeciwna reakcja.”Prawo to opisuje, co dzieje się z ciałem, gdy wywiera ono siłę na inne ciało. Siły zawsze występują w parach, więc kiedy jedno ciało popycha do drugiego, drugie ciało odpycha się równie mocno. Na przykład, kiedy pchasz wózek, wózek odpycha się do ciebie; kiedy pociągasz za linę, Lina ciągnie się do ciebie; kiedy grawitacja ciągnie cię w dół o ziemię, Ziemia wypycha się o twoje stopy; a kiedy rakieta zapala swoje paliwo za sobą, rozszerzający się Gaz wydechowy popycha rakietę, powodując jej przyspieszenie.
Jeśli jeden obiekt jest znacznie, znacznie bardziej masywny niż drugi, szczególnie w przypadku pierwszego obiektu zakotwiczonego w ziemi, praktycznie całe przyspieszenie jest przekazywane do drugiego obiektu, a przyspieszenie pierwszego obiektu można bezpiecznie zignorować. Na przykład, jeśli rzuciłbyś piłką baseballową na zachód, nie musiałbyś brać pod uwagę, że faktycznie spowodowałeś obrót Ziemi, aby przyspieszyć nawet nieznacznie, gdy piłka była w powietrzu. Jeśli jednak stoisz na wrotkach i rzucisz kulkę do kręgli do przodu, zaczniesz poruszać się do tyłu z zauważalną prędkością.
trzy prawa zostały zweryfikowane przez niezliczone eksperymenty w ciągu ostatnich trzech stuleci i są nadal szeroko stosowane do dziś, aby opisać rodzaje obiektów i prędkości, które napotykamy w codziennym życiu. Stanowią one podstawę tego, co jest obecnie znane jako mechanika klasyczna, czyli badania masywnych obiektów, które są większe niż bardzo małe skale, o których mowa w mechanice kwantowej i które poruszają się wolniej niż bardzo wysokie prędkości, o których mowa w mechanice relatywistycznej.