חוקי התנועה של ניוטון הם שלושה חוקים בסיסיים במכניקה הקלאסית. ניוטון פרסם אותם בספרו משנת 1687. בעזרת החוקים והחוק האוניברסלי של המשיכה הוא הסביר את תנועת כוכבי הלכת. מאוחר יותר איינשטיין הראה שחלק מהנחות ניוטון הן קירוביות לתנאים של מהירויות נמוכות ולשדות כבידה חלשים.
החוק הראשון קובע: גוף יישאר במנוחה או ימשיך לנוע במהירות קבועה בקו ישר אם לא פועלים עליו כוחות חיצוניים. זאת גם דרך להגדיר "מערכת ייחוס אינרציאלית", מערכת שבה חוקי ניוטון תקפים. במצב שיווי משקל הכוחות הפועלים חייבים להיות שווים ומנוגדים.
כאשר מנתחים תנועה במערכת מואצת מוסיפים לעתים "כוחות מדומים" (כוחות דלאמבר). כוחות אלה הם כלי תאורטי שמאפשר ליישם את חוקי ניוטון גם במערכת שאינה אינרציאלית.
החוק השני אומר שתאוצה של גוף פרופורציונית לכוח שפועל עליו ובהתאם לכיוונו. מקדם הפרופורציה הוא המסה של הגוף; לכן כוח גדול יותר נותן תאוצה גדולה יותר, ואם המסה גדולה יותר התאוצה קטנה יותר.
ניתן לכתוב זאת בפשטות: כוח = מסה × תאוצה (F = m a). אם פועלים מספר כוחות על גוף, יש לחברם כווקטורים כדי לקבל את הכוח השקול.
ניתן גם לנסח את החוק בעזרת תנע (momentum), שהוא מכפלת המסה במהירות: השינוי בתנע בזמן שווה לסכום הכוחות החיצוניים.
הבדל בין מסה למשקל: מסה היא תכונה פנימית של הגוף. משקל הוא הכוח שמפעיל שדה הכבידה. לדוגמה, גוף שמסתו 10 ק"ג ישקול בערך 100 ניוטון על פני כדור הארץ, אך על הירח משקלו יהיה נמוך יותר בעוד שמסתו תישאר 10 ק"ג.
חוק זה קובע שכל כוח שמופעל על גוף אחד על ידי גוף שני מלווה בכוח שווה בעוצמתו אך מנוגד בכיוון, הפועל על הגוף השני. שני הכוחות פועלים על גופים שונים ולכן לא מבטלים זה את זה.
בצורתו החזקה החוק אומר שכוחות בין שני גופים פועלים לאורך הקו שמחבר ביניהם.
בחלק ממערכות אלקטרומגנטיות או במצבים מרוחקים שבהם האור מתעכב, החוק השלישי אינו תמיד תקף במובן הפשוט. זאת בגלל השינויים בזמן שדרוש לאותות להגיע בין גופים.
חוקי ניוטון מאפשרים להסיק חוקים אחרים. למשל חוק שימור התנע נובע מהחוקים השני והשלישי: כאשר שני גופים משפיעים זה על זה, שינויים בתנע שלהם שווים והפוכים, ולכן סכום התנע נשמר.
בסוגי בעיות שבהן החומר זורם או מסת המערכת משתנה (כמו טיל המפלט גזים), יש להחיל את החוק על מערכת סגורה הכוללת גם את המסה המוצאת או הנכנסת. בנוסחה המתוקנת מופיע גם איבר הנובע מקצב שינוי המסה וכמה מהר המסה יוצאת ביחס לגוף (המהירות היחסית u): F_ext + (dm/dt)·u = m·dv/dt.
בתחומים כמו הידרוסטטיקה, החוק הראשון משמש לתיאור נוזלים נחים ולגזור ממנו חוקים כגון חוק פסקל. בחישוב כוחות שנוצרים על ידי חומר זורם משתמשים ברעיון של שינוי בתנע ליחידת זמן.
יש שלושה חוקים על תנועה שכתב אייזק ניוטון. הם מסבירים איך גופים זזים.
אם אין כוח שפועל על גוף, הוא יישאר במקום. אם הוא כבר נע, הוא ימשיך לזוז בקו ישר ובאותו קצב. "כוח" הוא דחיפה או משיכה.
כוח משנה את המהירות של גוף. המסה (כמה חומר יש בגוף) קובעת כמה קשה לשנות את התנועה. ככל שהכוח גדול יותר או המסה קטנה יותר, השינוי גדול יותר.
דוגמה פשוטה: חללית שמסתה 100 ק"ג ותופעל עליה דחיפה של 1000 ניוטון תאיץ בערך 10 מטר לשנייה בכל שנייה.
כשאדם דוחף קיר, הקיר דוחף אותו בחזרה באותה עוצמה אבל בכיוון ההפוך. הכוחות האלה פועלים על גופים שונים.
עוד רעיונות קצרים:
- שימור תנע: כששני גופים מדברים בכוח, התנע הכולל שלהם נשאר אותו דבר.
- טילים: בטיל מסת הטיל משתנה כי הוא משחרר גזים. אז צריך לחשב בצורה מעט שונה.
החוקים האלה עוזרים להבין תנועת כלי רכב, נוזלים וחפצים יום-יומיים.
תגובות גולשים