מהם חוקי התנועה של ניוטון?

החוק השלישי של ניוטון: חוק זה הוא חוק הפעולה והתגובה. הכח הפועל בין שני גופים הוא פעולה בין שני גופים. ניסויים שנערכו הוכיחו כי פעולה זו היא למעשה פעולת גומלין (אינטרקציה), כלומר ששני הגופים מפעילים זה על זה כח. שני כוחות הגומלין הללו, הפועלים בין שני הגופים נקראים בשם "פעולה" ו"תגובה". אין כל חשיבות לשאלה מי מזוג הכוחות הוא כח תגובה או כח פעולה, והשם ייקבע לפי ההקשר. מעצם הגדרתם שני הכוחות פועלים בכיוונים מנוגדים. ניסויים פשוטים אחרים הוכיחו כי שני הכוחות הללו, הפעולה והתגובה, שווים תמיד בגודלם. לדוגמה, כוחות הדחייה ההדדיים שבין שני מגנטים סמוכים הם כוחות השווים בגודלם ומנוגדים בכיוונם.

החוק השלישי של ניוטון קובע כי כאשר שני גופים A ו-B, מפעילים כוחות זה על זה, הכח F שמפעיל גוף A על גוף B, שווה בגודלו לכח 'F שמפעיל גוף B על גוף A, אשר מנוגד לכח F בכיוון, כלומר 'F = F.

דוגמאות לכוחות התגובה, על פי החוק השלישי של ניוטון הם כח הנורמל (N), שמפעיל גוף כתגובה לכח הכובד שמפעיל כדור הארץ על הגוף; כח המתיחות בחוט (T - tension), אשר פועל על גוף כתגובה לכח הכובד; וכח החיכוך (f - friction), שהוא כח המנוגד בכיוונו לכיוון התנועה של גוף על המשטח בעל החיכוך.

החוק השני של ניוטון: על פי חוק התנועה הראשון של ניוטון, כאשר שקול הכוחות הפועלים על גוף שווה לאפס, יתמיד הגוף במצב תנועתו, כלומר מהירותו של הגוף תישאר קבועה בגודלה ובכיוונה. מהחוק הראשון נובע גם שכאשר שקול הכוחות הפועלים על גוף שונה מאפס, הגוף יאיץ, כלומר ישנה את כיוון מהירותו או את גודלה.

על הקשר המדויק בין הכח הפועל על גוף ובין התאוצה שהוא מעניק לגוף ניתן ללמוד מביצוע ניסויים פשוטים, בהם מפעילים על גוף כוחות שונים הניתנים למדידה, ומודדים את התאוצות בהן נע הגוף. מניסויים אלו הגיעו למסקנה כי תאוצתו של גוף נמצאת ביחס ישר לכוח הפועל עליו, וביחס הפוך למסת החומר (מסה - כמות החומר), כלומר ככל שהגוף בעל מסה גדולה יותר, דרוש כח גדול יותר בכדי להאיצו. יחידת מידתה של המסה היא קילוגרם, ויחידת מידת התאוצה היא מ'/שנ'².

כשנתרגם את הקשרים בין הכח המסה והתאוצה לקשרים מתמטיים נקבל : F = ma. כאשר על הגוף פועלים מספר כוחות, F מייצג את הכח השקול שלהם. בנוסף לכך, מאחר והכח הוא גודל ווקטורי, גם התאוצה היא גודל ווקטורי, כלומר לתאוצה יש גם גודל וגם כיוון. במילים אחרות, החוק השני של ניוטון קובע כי הכח השקול F הפועל על גוף שווה למכפלת המסה m בתאוצה a שהוא מעניק לגוף.

משיקולי נוחות, כמובן שאפשר לפרק את הכח לרכיביו על צירי ה-X וה-Y. גם את התאוצה אפשר לפרק לרכיבים, כלומר לתאוצה על ציר ה-Y או על ציר ה-X. כמו כן מחוק זה נובע גם שכאשר שקול הכוחות שווה לאפס, אז גם תאוצתו של הגוף היא אפס, כלומר הוא נמצא במצב של שיווי משקל.

כעת כאשר אנו יכולים לחשב את תאוצתו של הגוף על פי הכוחות הפועלים עליו, נוכל לתאר את התנועה באמצעות משוואות התנועה בתנועה שוות תאוצה (כמובן במידה שהכח השקול לא משתנה לאורך הזמן): x = x₀ + v₀t + 1/2at²; v = v₀ + at.

מה קשור?

חוקי פיזיקה  מהי תנועה בקו ישר?  מהן עבודה ואנרגיה?  מהי גרביטציה?  איך פותרים משוואות עם נעלם?  איך פותרים משוואות בשני נעלמים (או יותר)?  איך ממירים פאונדים לקילוגרמים ולהיפך?

 

 הוסף הערה חדשה    שנה את ההגדרות בנוגע להערות