قوانین حرکت نیوتن

«قوانین حرکت نیوتن» (Newton’s Laws Of Motion) کدام است و چه کاربردی دارد؟ در این نوشته به قوانین اول، دوم و سوم نیوتن می‌پردازیم. در ادامه برای فهم بهتر، مثال‌هایی کاربردی نیز ارائه می‌شود.

 

 

 

قانون اول نیوتن

قانون اول نیوتن بیان می‌کند که اگر هیچ نیروی خالص خارجی بر روی یک جسم بدون حرکت وارد نشود، این جسم همچنان بی‌حرکت باقی می‌ماند. در تعریفی دیگر می‌توان گفت، بدون اعمال نیروی خالص خارجی بر روی جسمی که در یک مسیر مستقیم با سرعت ثابت در حرکت است‌، جسم همچنان به حرکت مستقیم خود در سرعت ثابت ادامه می‌دهد.

قانون دوم نیوتن

قانون دوم نیوتن بیان می‌کند که مجموع نیروهای وارده بر جسم برابر با شتابی است که متناسب با جرم ذره به آن اعمال می‌گردد.

 

در این معادله:

F: نیروی اعمال شده بر ذره

m: جرم ذره

a: شتاب ذره در جهت اعمال نیرو بر آن با توجه به دستگاه یا چارچوب مرجع لخت

قانون دوم نیوتن را برای سیستمی از مجموعه ذرات نیز به شکل زیر می‌توان عنوان کرد.

ΣF مجموع بردار نیروهای خارجی است که بر روی سیستم ذرات وارد می‌شوند. به این مجموع گاهی نیروی خالص خارجی می‌گویند.

در این معادله:

m مجموع جرم سیستم ذرات

a_G شتاب مرکز جرم سیستم ذرات (با توجه به دستگاه یا چارچوب مرجع لخت) است. شتاب و نیروهای وارد شده بر جسم هم‌جهت هستند.

توجه داشته باشید که هیچ محدودیتی در روش اتصال ذرات وجود ندارد. در نتیجه، معادله فوق برای اجسام سخت، جسم بی‌شکل و نامنظم، سیستم مایع و گاز درست است.

قانون سوم نیوتن

سومین قانون حرکت نیوتن به این صورت بیان می‌شود که هر عملی را عکس‌العملی است، مساوی با آن و در جهت خلاف آن. تصور کنید جسم یک و دو در تماس با هم هستند. هرگاه جسم یک به جسم دو نیرو وارد کند، جسم دوم نیز نیرویی به همان بزرگی ولی در خلاف جهت بر جسم یک وارد می‌کند.

تصویر زیر دو جسم در تماس با هم را نشان می‌دهد.

اگر دو جسم را به صورت جداگانه در نظر بگیریم، نیروهای وارد شده به هر دو جسم از لحاظ بزرگی برابر و دارای جهات مختلف هستند. شکل زیر مثالی کلی از نیروهای وارده به هر جسم را نشان می‌دهد.

F1 نیروی عمودی برآیند، F2 نیروی افقی برآیند و M «گشتاور» (torque) برآیند در سطح تماس است. نیروی عمودی برآیند وارد شده به جسم برابر با مجموع نیروهایی است که در جهت عمودی بر سطح وارد می‌شوند. نیروی افقی برآیند وارد شده به جسم برابر با مجموع نیروهایی است که در جهت افقی بر سطح وارد می‌شوند. گشتاور برآیند وارد شده به جسم برابر با مجموع گشتاورهایی است که در طول سطح تماس به آن وارد می‌گردد.