Akkurat nå er 188 pålogget.

Newtons lover

Newtons bevegelseslover er tre grunnleggende lover som legger grunnlaget for klassisk mekanikk, læren om hvordan og hvorfor legemer beveger seg.

Den engelske fysikeren og matematikeren Isaac Newton offentliggjorde bevegelseslovene i verket Philosophiae naturalis principa mathematica, kjent som Principa, i 1687.

Newtons oppdagelser var banebrytende og endret vitenskapens oppfattelse av verden. Newton var en av de første til å beskrive tyngdekraften som virker på alt i universet.

Newton beskrev legemers bevegelse som summen av de krefter som virker på dem. Man kan på bakgrunn av dette, hvis man kjenner kreftene som virker på et legeme, bestemme dets bevegelse.

Newtons første lov

Newtons første lov legger grunnlaget for ideen om kraft. Den sier at hvis summen av krefter som virker på et legeme er 0, vil legemet enten ligge stille eller ha en konstant fart i en bestemt retning.

Er summen av krefter på et legeme lik null, vil det ikke bli påvirket. Så hvis det allerede er i ro, vil det fortsette med å forbli i ro. Men hvis det allerede er i bevegelse og det ikke er noe som bremser det eller gir det mere fart, vil det fortsette med å bevege seg i en rettlinjet bevegelse med konstant fart inntil en ytre kraft påvirker det.

Newtons 1. lov går også under betegnelsen treghetsloven, eller inertialloven. Et system som ikke blir påvirket av noen krefter kalles et treghetssystem, eller et inertialsystem. Det er nærmest umulig å ha et system som ikke er påvirket av noen krefter. Men fordi krefter kan utligne hverandre, kan vi ha et system hvor summen av krefter er 0.

Som et eksempel for å vise hva denne loven innebærer, kan vi forestille oss en stein som blir kastet ut i rommet. Hvis den blir kastet så hardt at den kommer ut av jordens atmosfære, vil den bli påvirket mindre og mindre av jordens tyngdekraft etter hvert som den fjerner seg fra jorden. Hvis vi forestiller oss at den til slutt ender i total intethet, hvor den ikke er under påvirkning av jordkloden eller noen andre legemer, vil den beholde sin fart.

Og hvis steinen noen gang blir stoppet i sin bevegelse og deretter aldri blir påvirket av krefter igjen, vil den forbli der den er og aldri mer bevege seg.

Newtons andre lov

Newtons 2. lov er den andre av Newtons tre grunnleggende lover innen klassisk mekanikk.

Newtons andre lov beskriver hvordan et legeme som blir påvirket av en kraft F får en akselerasjon a, som er proporsjonal med F. Akselerasjonens proporsjonalfaktor er lik legemets masse.

Dette gir oss følgende formel som beskriver sammenhengen:

\(F = a \cdot m\)

Her er F lik kraften, a er lik akselerasjonen og m er lik legemets masse.

Man kan også se sammenhengen fra den motsatte siden, at kraften som virker på et legeme er lik legemets akselerasjon ganger dets masse.

Når man bruker Newtons andre lov til å gjøre beregninger i fysikk vil det oftest være en retning på kraften og akselerasjonen, fordi disse jo alltid har en retning. For å kunne samle alle kreftene må man ta med hvilke retninger de har. Derfor lar man F og a være (link til Impuls) vektorer, med både en størrelse og en retning.

\(\vec{F} = = \vec{a} \cdot m\)

Av Newtons andre lov får vi også den matematiske definisjonen av kraft og dens enhet. Kraft måles i enheten Newton, som kommer direkte fra enhetene akselerasjon og masse. Newton er lik:

\(N = \frac{\text{Kg} \cdot \text{m}}{\text{s}^2}\)

Enheten for masse er kg og enheten for akselerasjon er m/s2. Når man ganger dem sammen, får man Newton.

Eksempel

La oss se på kraften i motoren til en bil. Vi ser bort i fra alle andre krefter enn motorens. Vi har en bil som fra å stå stille bruker 10 sekunder for å oppnå en fart på 100 km/t. Vi omregner fra kilometer i timen til meter i sekundet:

\(\frac{100 \cdot 1000\text{ m}}{60\cdot 60\text{ s}} = 27,78 \frac{\text{m}}{\text{s}}\)

For å få akselerasjon må vi så dividere med tiden som går fra hastigheten 0 (bilen står stille) til hastigheten 27,78 m/s.

\(\frac{27,78 \frac{\text{m}}{\text{s}}}{10 \text{s}} = 2,78 \frac{\text{m}}{\text{s}^2}\)

Nå har vi den gjennomsnittlige akselerasjonen, og vi kan beregne motorens kraft ved å gange med bilens masse som er 700 kg.

\(F = 2,78 \frac{\text{m}}{\text{s}^2} \cdot 700 \text{ Kg } = 1944,44\text{ N}\)

Motoren yter altså en kraft på bilen på 1944,44 Newton.

Newtons tredje lov

Newtons 3. lov er en av Newtons lover som er grunnleggende for klassisk mekanikk.

Newtons tredje lov sier at et legeme som påvirker et annet legeme med en kraft F vil bli påvirket av en like stor og motsatt rettet kraft.

Hvis et legeme A påvirker et annet legeme B med kraften F, kan vi altså si at:

\(\vec{F}_{A} = -\vec{F}_{B}\)

Kraften til A er altså lik minus den kraften som virker på B. Her må man huske at det er snakk om (link til Impuls)vektorer, så minus betyr at retningen blir motsatt.


Legemet A påvirker legemet B med kraften FA, og blir samtidig påvirket av den motsatte FB.

Newtons tredje lov kalles også loven om aksjon og reaksjon, fordi den beskriver den direkte sammenhengen mellom kraft og motkraft. Her er aksjon altså en kraft som virker fra et legeme til et annet, og loven sier at en kraft vil bli møtt av en motkraft av samme størrelse som virker tilbake mot det første legemet.

Newtons 3. lov setter noen helt grunnleggende rammer for hva som er mulig i den fysiske verden. Et klassisk eksempel er at man ikke kan seile en seilbåt ved å puste på seilet, fordi man bare vil få samme kraft rettet tilbake mot seg selv, og fordi man selv er i båten vil den ikke motta noen kraft.

I tillegg gjør Newtons tredje lov det også klart at krefter er en form for interaksjon. Det skal altså alltid to legemer til for at det skal kunne være noen kraft til stede. En kraft kan ikke komme ut av ingenting, og på samme måte kan det ikke være aksjon uten reaksjon.

Eksempel

Et eksempel på Newtons 3. lov i aksjon er når man svømmer. En svømmer bruker armene sine til å gi en bakoverrettet kraft på vannet som til gjengjeld gir samme kraft til svømmeren, men fremover i stedet for bakover. Dette betyr at både vannet og svømmeren blir akselerert. I vannet blir denne akselerasjonen til bølger, og for svømmeren blir akselerasjonen til en bevegelse fremover.

\(F_{\text{Svømmer}} = -F_{\text{Vann}}\)

Det at svømmeren opplever en mye større bevegelse enn vannet kan forklares med den fysiske/kjemiske oppbygningen av svømmeren og vannet, og ved Newtons andre lov som sier at kraft er lik masse ganger akselerasjon. Fordi svømmeren har en mye mindre masse enn vannet, vil han også få en større akselerasjon.