Sir Isaac Newtons tre rörelselagar beskriver rörelsen hos massiva kroppar och hur de interagerar. Medan Newtons lagar kan verka uppenbara för oss idag, ansågs de för mer än tre århundraden sedan vara revolutionära.
Newton var en av de mest inflytelserika forskarna genom tiderna. Hans tankar blev grunden för modern fysik. Han byggde på tankar som framkommit från tidigare forskare, inklusive Galileo och Aristoteles, och kunde bevisa några tankar som bara hade varit teorier tidigare. Han studerade optik, astronomi och matematik — han uppfann kalkyl. (Den tyska matematikern Gottfried Leibniz krediteras också med att utveckla den självständigt ungefär samtidigt.)
Newton är kanske mest känd för sitt arbete med att studera gravitation och planeternas rörelse. Uppmanad av astronomen Edmond Halley efter att ha erkänt att han hade förlorat sitt bevis på elliptiska banor några år tidigare, publicerade Newton sina lagar 1687, i sitt seminalarbete ”Philosophiabbi Naturalis Principia Mathematica” (matematiska principer för naturfilosofi) där han formaliserade beskrivningen av hur massiva kroppar rör sig under påverkan av yttre krafter.när han formulerade sina tre lagar förenklade Newton sin behandling av massiva kroppar genom att betrakta dem som matematiska punkter utan storlek eller rotation. Detta gjorde det möjligt för honom att ignorera faktorer som friktion, luftmotstånd, temperatur, materialegenskaper etc., och koncentrera sig på fenomen som kan beskrivas enbart i termer av massa, längd och tid. Följaktligen kan de tre lagarna inte användas för att beskriva exakt beteendet hos stora styva eller deformerbara föremål; men i många fall ger de lämpligt exakta approximationer.
Newtons lagar avser rörelsen av massiva kroppar i en tröghetsreferensram, ibland kallad en newtonsk referensram, även om Newton själv aldrig beskrev en sådan referensram. En tröghetsreferensram kan beskrivas som ett 3-dimensionellt koordinatsystem som antingen är stationärt eller i enhetlig linjär rörelse. det vill säga det accelererar inte eller roterar. Han fann att rörelse inom en sådan tröghetsreferensram kunde beskrivas med tre enkla lagar. ”en kropp i vila kommer att förbli i vila, och en kropp i rörelse kommer att förbli i rörelse om den inte påverkas av en yttre kraft.”Det betyder helt enkelt att saker inte kan starta, stoppa eller ändra riktning helt av sig själva. Det tar lite kraft som verkar på dem från utsidan för att orsaka en sådan förändring. Denna egenskap hos massiva kroppar för att motstå förändringar i deras rörelsetillstånd kallas ibland tröghet.
den andra lagen om rörelse beskriver vad som händer med en massiv kropp när den påverkas av en yttre kraft. Den säger, ”kraften som verkar på ett objekt är lika med massan av det objektet gånger dess acceleration.”Detta skrivs i matematisk form som F = ma, där F är kraft, m är massa och a är acceleration. De djärva bokstäverna indikerar att kraft och acceleration är vektormängder, vilket innebär att de har både storlek och riktning. Kraften kan vara en enda kraft, eller det kan vara vektorsumman av mer än en kraft, vilket är nettokraften efter att alla krafter har kombinerats.
när en konstant kraft verkar på en massiv kropp, får den att accelerera, dvs att ändra sin hastighet, med konstant hastighet. I det enklaste fallet får en kraft som appliceras på ett objekt i vila att accelerera i kraftens riktning. Men om objektet redan är i rörelse, eller om denna situation ses från en rörlig referensram, kan det hända att kroppen verkar påskynda, sakta ner eller ändra riktning beroende på kraftens riktning och de riktningar som objektet och referensramen rör sig i förhållande till varandra.
den tredje lagen om rörelse säger, ” för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion.”Denna lag beskriver vad som händer med en kropp när den utövar en kraft på en annan kropp. Krafter förekommer alltid i par, så när en kropp trycker mot en annan, trycker den andra kroppen tillbaka lika hårt. När du till exempel trycker på en vagn trycker vagnen tillbaka mot dig; när du drar på ett rep drar repet tillbaka mot dig; när tyngdkraften drar dig ner mot marken trycker marken upp mot dina fötter; och när en raket tänder sitt bränsle bakom den, trycker den expanderande avgasen på raketen och får den att accelerera.
om ett objekt är mycket, mycket mer massivt än det andra, särskilt när det första objektet är förankrat till jorden, överförs praktiskt taget all acceleration till det andra objektet, och accelerationen av det första objektet kan ignoreras säkert. Till exempel, om du skulle kasta en baseball i väster, skulle du inte behöva överväga att du faktiskt orsakade jordens rotation för att påskynda någonsin så lite medan bollen var i luften. Men om du stod på rullskridskor, och du kastade en bowlingboll framåt, skulle du börja flytta bakåt med en märkbar hastighet.
de tre lagarna har verifierats av otaliga experiment under de senaste tre århundradena, och de används fortfarande i stor utsträckning för att beskriva de typer av föremål och hastigheter som vi stöter på i vardagen. De utgör grunden för det som nu kallas klassisk mekanik, vilket är studien av massiva föremål som är större än de mycket små skalorna som behandlas av kvantmekanik och som rör sig långsammare än de mycket höga hastigheter som relativistisk mekanik tar upp.