سه قانون حرکت نیوتن به توضیح پدیده های روزمره ای که در دنیای اطراف خود می بینیم کمک می کند. مهندسان از قانون نیوتن برای هدایت سفرهای فضایی، شبیه سازی برخورد وسایل نقلیه برای بهبود اقدامات ایمنی و طراحی وسایل ساده مانند قیچی استفاده می کنند!

اسحاق نیوتن حرکت فیزیکی را به دو دسته مختلف تقسیم کرد – حرکت یکنواخت و غیر یکنواخت. این به او کمک کرد تا سه قانون حرکت را فرموله کند. نیوتن جسمی که در یک خط مستقیم با سرعت ثابت حرکت می کند و جسمی را که در حالت سکون است را حرکت یکنواخت می داند. نیوتن تمام حرکات قابل تصور دیگر، از جمله حرکت سیارات در مدارهای دایره ای خود را به عنوان حرکت یا شتاب غیر یکنواخت طبقه بندی کرد.

نیوتن با فرضیه قبلی که بیان می کرد سیارات در یک حرکت دایره ای کامل با سرعت ثابت حرکت می کنند، مخالف بود. او هرگونه تغییر در سرعت و جهت را به عنوان شتاب تعریف کرد و بنابراین استدلال کرد که حرکت مداری نوعی شتاب است.

تعریف ریاضیاتی شتاب

تعریف نیوتن از شتاب، هم شتاب مثبت و هم منفی را توصیف می کند. در حالی که افزایش سرعت به عنوان شتاب مثبت شناخته می شود، یک عمل کاهش سرعت، مانند فشار دادن ترمز خودرو، شتاب منفی است.

از نظر ریاضی، شتاب با استفاده از مفهوم بردار بیان می شود. در یک بردار ریاضی، هم جهت و هم سرعت تعریف می شود. می توان آن را به شکل یک فلش نشان داد، جایی که فلش جهت را نشان می دهد و طول آن مربوط به سرعت است.

قانون اول حرکت نیوتن

هر جسمی به حالت سکون یا حرکت یکنواخت خود در یک خط [مستقیم] ادامه می دهد، مگر اینکه مجبور شود آن حالت را توسط نیروهایی که بر آن وارد می شود تغییر دهد.

این بدان معنی است که یک جسم حرکت خود را تغییر نمی دهد مگر اینکه یک نیروی خارجی بر روی آن اثر بگذارد. این قانون سه نوع رفتار متمایز را توسط اشیاء بیان می کند. اولین مورد این است که یک جسم با سرعت ثابت در همان جهت حرکت می کند. با این حال، این وضعیت در زندگی واقعی عملا غیرممکن است زیرا نیروهایی همیشه در اطراف آن فعالیت می کنند.

نوع دیگری از رفتار زمانی است که یک جسم در حالت سکون است و بدون اختلال در سرعت و جهت آن به حالت سکون خود ادامه می دهد. این مورد خاصی است که بردار فقط یک نقطه است. و در نهایت، سومین و رایج ترین نوع رفتار زمانی است که یک جسم تحت تأثیر یک نیرو شتاب می گیرد. اگرچه نیوتن در قانون اول حرکت خود نوع نیرو را مشخص نمی کند، اما تأکید می کند که اگر جسمی شتاب بگیرد، نیرویی در آن دخیل است. بنابراین، قانون اول نیوتن یک تعریف عملیاتی از نیرو ارائه می دهد.

قانون نیوتن چیست و در مورد آن چه می دانید؟

قانون دوم حرکت نیوتن

شتابی که در یک جسم توسط یک نیرو ایجاد می شود با بزرگی نیرو و با جرم جسم نسبت عکس دارد. به عبارت دیگر، هنگامی که نیروی وارد بر جسم بیشتر باشد، شتاب نیز بیشتر است، اما زمانی که جرم جسم افزایش یافته یا بیشتر شود، شتاب کاهش می یابد. بنابراین، هر چه جرم جسم بیشتر باشد، نیرویی که باید اعمال شود بیشتر است.

قانون دوم رابطه ریاضی بین سه کمیت قابل اندازه گیری را تعریف می کند. می توان آن را به صورت نیرو برابر جرم ضربدر شتاب بیان کرد. واحد اندازه گیری «نیوتن» نامیده می شود که می تواند به عنوان نیروی مورد نیاز برای شتاب دادن به جرم یک کیلوگرمی به اندازه یک متر در ثانیه در ثانیه  (m/s2)  تعریف شود.

کاربردهای قانون دوم حرکت در زندگی روزمره

قدرت ریاضیات در تعیین کمیت جهان طبیعی باورنکردنی است. این معادلات ریاضی در ارتباط با علم به حل بسیاری از مسائل روزمره کمک می کند. معادله فوق‌العاده ساده قانون دوم حرکت نیوتن به حل مشکلات زندگی واقعی مانند ساختن پل‌ها و ساختمان‌های پایدار یا محاسبه نیروی مورد نیاز برای پرتاب کردن یک ماهواره به مدار آن کمک می‌کند.

قانون سوم حرکت بسیار محبوب نیوتن

با این قانون ساده و در عین حال ظریف، نیوتن پیشنهاد می کند که نیروها همیشه به صورت جفت به طور همزمان عمل می کنند و این نیروها برابر و متضاد هستند. به عنوان مثال، هنگامی که برای پرتاب یک توپ نیرویی اعمال می شود، هنگام انجام عمل پرتاب، توپ نیز به دست نیرو وارد می کند.

به همین ترتیب، اگر اتومبیلی با درخت برخورد کند، درخت به همان میزان نیرویی که ماشین روی درخت است، به اتومبیل وارد می کند، اما آسیب به هر دوی آنها وارد می شود. در هر دو این مثال، همزمانی نیروهایی که به صورت جفت عمل می کنند، آشکار است.

سوالات متداول در مورد درک قوانین حرکت نیوتن

چند نمونه از استفاده از قانون دوم حرکت نیوتن در زندگی روزمره چیست؟

قانون دوم حرکت نیوتن به حل مشکلات زندگی واقعی مانند ساختن پل ها و ساختمان های پایدار یا محاسبه نیروی مورد نیاز برای پرتاب ماهواره به مدارش کمک می کند.

نیوتن انواع مختلف حرکت را چگونه طبقه بندی کرد؟

نیوتن حرکت فیزیکی را به دو دسته مختلف تقسیم کرد: حرکت یکنواخت و حرکت غیر یکنواخت. حرکت یکنواخت زمانی اتفاق می افتد که یک جسم در یک خط مستقیم با سرعت ثابت حرکت می کند یا زمانی که یک جسم در حال استراحت است. تمام حرکات دیگر به عنوان حرکت یا شتاب غیر یکنواخت طبقه بندی می شوند.

نیوتن شتاب را چگونه توصیف می کند؟

نیوتن بیان می کند که اگر جسمی شتاب بگیرد، نیرویی در آن دخیل است. نیوتن شتاب را هم مثبت و هم منفی توصیف می کند. افزایش سرعت به عنوان شتاب مثبت و به عمل کاهش سرعت، مانند ترمز گرفتن خودرو، شتاب منفی گفته می شود.