Sir Isaac Newtonin liikkeen lait muodostavat modernin fysiikan perusperiaatteet.

Kun ne julkaistiin vuonna 1687, kolme lakia olivat ainutlaatuisia siinä mielessä, että niissä käytettiin matemaattisia kaavoja luonnollisen maailman selittämiseen.

Newtonin lait määritelty

Inertia: Newtonin ensimmäinen liikelaki

Newtonin ensimmäinen liikelaki, joka tunnetaan myös nimellä inertian laki, sanoo, että kappaleen nopeus ei muutu, ellei siihen vaikuta jokin ulkopuolinen voima.

Tämä tarkoittaa, että levossa oleva kappale pysyy levossa, kunnes jokin voima saa sen liikkumaan.

Niin myös liikkeessä oleva kappale pysyy liikkeessä, kunnes siihen vaikuttaa jokin voima, joka saa sen nopeuden muuttumaan.

Jatkopohdintaa: Miksi pyörät ja huiput lopulta lakkaavat pyörimästä ilman, että niihin näyttäisi kohdistuvan voimaa?

Newtonin toinen liikkeen laki

Newtonin toinen liikkeen laki sanoo, että ”kun kappaleeseen vaikuttaa ulkopuolinen voima, voiman voimakkuus on yhtä suuri kuin kappaleen massa kertaa siitä aiheutuva kiihtyvyys.”

Muilla sanoilla voiman laskemisessa käytettävä kaava on: Voima = massa x kiihtyvyys. Vastakkaiset voimat, kuten kitka, voidaan lisätä tai vähentää kokonaissummasta, jotta saadaan selville tilanteessa todella käytetty voiman määrä.

Voit havainnollistaa tätä periaatetta pudottamalla kiven tai marmorikuulan ja käärityn paperinpalasen samaan aikaan. Ne putoavat yhtä nopeasti – niiden kiihtyvyys on vakio niihin vaikuttavan painovoiman vuoksi.

Kivellä on kuitenkin paljon suurempi iskuvoima, kun se osuu maahan, koska sen massa on suurempi. Jos pudotat nämä kaksi esinettä hiekka- tai jauholautaselle, voit nähdä, kuinka erilainen oli kummankin esineen törmäysvoima sen perusteella, millaisen kraatterin kumpikin esine teki hiekkaan.

Toinen tapa osoittaa tämä on työntää kahta yhtä suurta massaa olevaa leikkiautoa tai rullaluistinta samaan aikaan, jolloin toista niistä työnnetään kovemmin kuin toista. Massa on molemmissa yhtä suuri, mutta kiihtyvyys on suurempi siinä, johon kohdistit suuremman voiman.

Newtonin kolmas liikkeen laki

Lyhyesti sanottuna Newtonin kolmas liikkeen laki sanoo, että ”jokaiselle vaikutukselle on yhtä suuri ja vastakkainen reaktio.”

Käyttäkää paria rullaluistimia ja palloa osoittaaksenne, miten tämä toimii. Mitä tapahtuu, kun seisot paikallasi luistimet jalassa ja sitten heität palloa kovaa? Pallon heittämisestä aiheutuva voima työntää luistimia (ja sinua) toiseen suuntaan.

Voit havainnollistaa tämän myös Newtonin kehdon avulla.

Tämä laite koostuu kehikkoon ripustetuista teräspalloista. Kun toisessa päässä olevaa palloa vedetään taaksepäin ja sitten päästetään irti, se heilahtaa muihin palloihin. Tämän jälkeen vastakkaisessa päässä oleva pallo heilahtaa ylöspäin yhtä suurella voimalla kuin ensimmäinen pallo, kuten oikeanpuoleisessa kuvassa näkyy.

Ensimmäiseen palloon kohdistuva voima aiheuttaa toisessa päässä olevassa pallossa yhtä suuren ja vastakkaisen reaktion.

Jatkopohdintaa varten: Työntövoima on tärkeä Newtonin kolmannen lain tulos. Miten tämä toimii raketissa? Lue lisää raketeista ja rakettitekniikasta.

Newtonin lait Projektit

• Tutustu inertialaitteeseemme ymmärtääksesi paremmin Newtonin ensimmäistä lakia.
• Tutustu dynaamisiin vaunuihimme ymmärtääksesi paremmin Newtonin toista lakia.
• Tutustu Newtonin kehikkoon, jolla voit havainnollistaa klassisella tavalla Newtonin kolmatta liikelakia.