Isaac Newton (1643-1727), fysikeren, der formulerede lovene

Newtons første lov

Se også: Inerti

Den første lov fastslår, at en genstand i hvile forbliver i hvile, og at en genstand i bevægelse forbliver i bevægelse, medmindre der påvirkes af en ydre nettokraft. Matematisk svarer det til at sige, at hvis nettokraften på et objekt er nul, så er objektets hastighed konstant.

∑ F = 0 ⇔ d v d t = 0. {\displaystyle \sum \mathbf {F} =0\;\Leftrightarrow \;{\frac {\mathrm {d} \mathbf {v} }{{\mathrm {d} t}}}}}=0.}

Newtons første lov omtales ofte som inertieloven.

Newtons første (og anden) lov er kun gældende i en inertial referenceramme.

Newtons anden lov

Den anden lov fastslår, at ændringshastigheden af et legemes impuls over tid er direkte proportional med den påførte kraft, og sker i samme retning som den påførte kraft.

F = d p d t {\displaystyle \mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {p} }{\mathrm {d} t}}}

Konstant masse

For objekter og systemer med konstant masse kan den anden lov omformuleres i form af et objekts acceleration.

F = d ( m v ) d t = m d v d t = m a , {\displaystyle \mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d}} (m\mathbf {v} )}{\mathrm {d} t}}}=m\,{\frac {\,\mathrm {d} \mathbf {v} \,}{\mathrm {d} t}}}=m\mathbf {a} ,}

hvor F er den påførte nettokraft, m er kroppens masse, og a er kroppens acceleration. Den nettokraft, der påføres et legeme, giver således en proportional acceleration.

Variable-masse-systemer

Hovedartikel: System med variabel masse

Systemer med variabel masse, som f.eks. en raket, der forbrænder brændstof og udstøder brugte gasser, er ikke lukkede og kan ikke direkte behandles ved at gøre massen til en funktion af tiden i den anden lov; Bevægelsesligningen for et legeme, hvis masse m varierer med tiden ved enten at udstøde eller tilføre masse, fås ved at anvende den anden lov på hele det system med konstant masse, der består af legemet og dets udstødte eller tilføre masse; resultatet er

F + u d m d t = m d v d t {\displaystyle \mathbf {F} +\mathbf {u} {\frac {\mathrm {d} m}{\mathrm {d} t}}=m{\mathrm {d} \mathbf {v} \over \mathrm {d} t}}

hvor u er udluftningshastigheden for den udflydende eller indkommende masse i forhold til kroppen. Ud fra denne ligning kan man udlede bevægelsesligningen for et system med varierende masse, for eksempel Tsiolkovsky-raketligningen.

Newtons tredje lov

En illustration af Newtons tredje lov, hvor to skøjteløbere skubber mod hinanden. Den første skøjteløber til venstre udøver en normalkraft N12 på den anden skøjteløber, der er rettet mod højre, og den anden skøjteløber udøver en normalkraft N21 på den første skøjteløber, der er rettet mod venstre.
Størrelserne af begge kræfter er lige store, men de har modsatrettede retninger, hvilket er dikteret af Newtons tredje lov.

Den tredje lov fastslår, at alle kræfter mellem to objekter eksisterer i samme størrelse og modsatrettede: Hvis et objekt A udøver en kraft FA på et andet objekt B, så udøver B samtidig en kraft FB på A, og de to kræfter er lige store og modsatrettede: FA = -FB. Den tredje lov betyder, at alle kræfter er vekselvirkninger mellem forskellige legemer eller forskellige områder i et legeme, og at der således ikke findes nogen kraft, som ikke er ledsaget af en lige stor og modsatrettet kraft. I nogle situationer bestemmes størrelsen og retningen af kræfterne udelukkende af det ene af de to legemer, f.eks. legeme A; den kraft, som legeme A udøver på legeme B, kaldes “virkningen”, og den kraft, som legeme B udøver på legeme A, kaldes “reaktionen”. Denne lov kaldes undertiden for aktions-reaktionsloven, hvor FA kaldes “aktionen” og FB “reaktionen”. I andre situationer bestemmes størrelsen og retningerne af kræfterne af begge legemer i fællesskab, og det er ikke nødvendigt at identificere den ene kraft som “handling” og den anden som “reaktion”. Virkningen og reaktionen er samtidige, og det er ligegyldigt, hvilken der kaldes virkningen og hvilken der kaldes reaktionen; begge kræfter er en del af en enkelt vekselvirkning, og ingen af kræfterne eksisterer uden den anden.

De to kræfter i Newtons tredje lov er af samme type (f.eks, hvis vejen udøver en fremadrettet friktionskraft på en accelererende bils dæk, så er det også en friktionskraft, som Newtons tredje lov forudsiger for dækkene, der skubber bagud på vejen).

Fra et begrebsmæssigt synspunkt ses Newtons tredje lov, når en person går: vedkommende skubber mod gulvet, og gulvet skubber mod personen. På samme måde skubber dækkene på en bil mod vejen, mens vejen skubber tilbage på dækkene – dækkene og vejen skubber samtidig mod hinanden. Når man svømmer, interagerer en person med vandet og skubber vandet bagud, mens vandet samtidig skubber personen fremad – både personen og vandet skubber mod hinanden. Reaktionskræfterne forklarer bevægelsen i disse eksempler. Disse kræfter afhænger af friktion; en person eller bil på is kan f.eks. ikke være i stand til at udøve den handlingskraft, der skal til for at producere den nødvendige reaktionskraft.

Newton brugte den tredje lov til at udlede loven om impulsbevarelse; ud fra et dybere perspektiv er impulsbevarelse imidlertid den mere grundlæggende idé (udledt via Noethers sætning fra Galileisk invarians), og den gælder i tilfælde, hvor Newtons tredje lov synes at fejle, f.eks. når kraftfelter såvel som partikler bærer impuls, og i kvantemekanikken.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.