Zasady dynamiki Newtona

Zasady dynamiki Newtona

Zasady dynamiki Newtona, sformułowane przez Isaaca Newtona w 1687 roku w dziele Matematyczne zasady filozofii naturalnej, stanowią fundament mechaniki klasycznej. Opisują one relacje między ruchem ciała a działającymi na nie siłami, co czyni je kluczowymi w fizyce.

Wprowadzenie

Zasady te zrewidowały wcześniejsze poglądy Arystotelesa, eliminując pojęcia absolutnego ruchu i spoczynku. Ruch definiowany jest jako stan, a nie proces. Stosują się do punktów materialnych, co oznacza, że rzeczywiste ciała są traktowane jako idealizacje, pomijające ich wielkość i kształt.

I zasada dynamiki (zasada bezwładności)

Pierwsza zasada wskazuje, że ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się jednostajnie, jeśli nie działają na nie siły zewnętrzne. Można ją sformułować jako:

• Istnieje układ odniesienia, w którym cząstka niepodlegająca siłom zewnętrznym zachowuje swój stan ruchu.

Bezwładność, czyli zdolność do opierania się zmianom ruchu, jest mierzona masą ciała.

II zasada dynamiki

Druga zasada dynamiki stwierdza, że zmiana pędu ciała jest proporcjonalna do wypadkowej siły działającej na nie:

• Zmienność pędu w czasie jest równa wypadkowej sile.

Można ją zapisać jako:

• $\backslash vec\{F\}\; =\; m\; \backslash vec\{a\}$, gdzie $m$ to masa, $a$ to przyspieszenie.

W przypadku braku sił zewnętrznych, ciało porusza się ze stałą prędkością, co jest zgodne z I zasadą.

III zasada dynamiki (zasada akcji i reakcji)

Trzecia zasada głosi, że każda akcja wywołuje równą i przeciwną reakcję:

• Na ciało A działająca siła F wywołuje siłę reakcji na ciało B, o tej samej wartości, lecz przeciwnym kierunku.

Warto zauważyć, że siły te nie równoważą się, ponieważ działają na różne ciała.

Związek z zasadami zachowania

Zasady dynamiki są związane z zasadami zachowania pędu, energii i momentu pędu. W nowoczesnej fizyce zasady te są bardziej uniwersalne, dotyczą zarówno materii, jak i światła. Siła, będąca pochodną pędu, nie jest używana w fundamentalnych teoriach, takich jak mechanika kwantowa.

Podsumowanie zasad Newtona

• I zasada: Ciało pozostaje w spoczynku lub ruchu prostoliniowym jednostajnym, jeśli nie działają na nie siły.
• II zasada: Zmiana ruchu ciała jest proporcjonalna do przyłożonej siły.
• III zasada: Każda akcja wywołuje przeciwdziałanie równe co do wartości i przeciwnie zwrócone.

Zasady te pozostają podstawą dla zrozumienia ruchu w fizyce klasycznej i mają istotne zastosowanie w inżynierii oraz technologii.