กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเป็นกฎทางกายภาพสามข้อที่เป็นรากฐานของกลศาสตร์ดั้งเดิม ใช้สำหรับการอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น และการเคลื่อนที่เนื่องจากแรงเหล่านั้น โดยในกฎข้อแรกเป็นการนิยามความหมายของแรง กฎข้อที่สองให้วิธีการวัดแรงในเชิงปริมาณ และกฎข้อที่สามอ้างว่าไม่มีแรงโด่ดเดี่ยว
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันมีดังนี้
- กฎข้อที่ 1 วัตถุจะคงสภาพการเคลื่อนที่ต่อไป ไม่ว่าจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเปลี่ยนแปลงไปเรื่อยๆ จนกว่าจะมีแรงมากระทำ
- กฎข้อที่ 2 เมื่อมีแรงลัพธ์ที่ไม่เป็นศูนย์มากระทำกับวัตถุ วัตถุจะมีความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์นั้น
- กฎข้อที่ 3 แรงที่วัตถุที่หนึ่งกระทำต่อวัตถุที่สอง จะมีขนาดและทิศทางเท่ากับแรงที่วัตถุที่สองกระทำต่อวัตถุที่หนึ่ง แต่มีทิศทางตรงกันข้าม
กฎข้อที่ 1 กฎแห่งความเฉื่อย
กฎข้อที่ 1 อธิบายว่าวัตถุจะคงสภาพการเคลื่อนที่ต่อไปจนกว่าจะมีแรงมากระทำ วัตถุที่หยุดนิ่งจะคงสภาพการหยุดนิ่งต่อไป และวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่จะคงสภาพการเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่
ตัวอย่างของกฎข้อที่ 1
- รถยนต์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปจนกว่าเบรกจะทำงาน
- ลูกบอลที่ลอยอยู่ในอากาศจะยังคงลอยต่อไปจนกว่าจะถูกแรงลมหรือแรงอื่น ๆ มากระทำ
- ดาวเคราะห์จะโคจรรอบดวงอาทิตย์ต่อไปจนกว่าแรงโน้มถ่วงของโลกจะหมดไป
กฎข้อที่ 2 กฎของความเร่ง
กฎข้อที่ 2 อธิบายว่าวัตถุจะมีความเร่งในทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุ แรงลัพธ์คือผลรวมของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ
สมการของกฎข้อที่ 2
สมการของกฎข้อที่ 2 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงลัพธ์ ความเร่ง และมวลของวัตถุ ดังนี้
1 | F = ma |
โดยที่
- F คือ แรงลัพธ์
- m คือ มวลของวัตถุ
- a คือ ความเร่งของวัตถุ
ตัวอย่างของกฎข้อที่ 2
- เมื่อเราผลักรถเข็น แรงที่เราออกจะทำให้เกิดแรงลัพธ์ ซึ่งทำให้รถเข็นเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
- เมื่อเราเหวี่ยงลูกบอล แรงที่เราออกจะทำให้เกิดแรงลัพธ์ ซึ่งทำให้ลูกบอลเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น
- เมื่อเรายิงปืน แรงที่เกิดจากการยิงปืนจะทำให้เกิดแรงลัพธ์ ซึ่งทำให้กระสุนเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยความเร็วสูง
กฎข้อที่ 3 กฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยา
กฎข้อที่ 3 อธิบายว่าแรงที่วัตถุที่หนึ่งกระทำต่อวัตถุที่สอง จะมีขนาดและทิศทางเท่ากับแรงที่วัตถุที่สองกระทำต่อวัตถุที่หนึ่ง แต่มีทิศทางตรงกันข้าม
ตัวอย่างของกฎข้อที่ 3
- เมื่อเราเดิน แรงที่เราออกลงบนพื้นจะทำให้เกิดแรงผลักดันพื้นขึ้น ซึ่งทำให้พื้นผลักดันเรากลับขึ้น
- เมื่อเรายิงปืน แรงที่เกิดจากการยิงปืนจะทำให้เกิดแรงสะท้อนกลับ ซึ่งทำให้ปืนเคลื่อนที่ไปด้านหลัง
- เมื่อเราดึงลูกศร แรงที่เราออกที่คันธนูจะทำให้เกิดแรงดึงกลับที่ลูกศร ซึ่งทำให้ลูกศรเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
สรุป
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันเป็นกฎพื้นฐานที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในฟิสิกส์ กฎเหล่านี้ช่วยให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ดีขึ้น และนำไปประยุกต์ใช้กับสิ่งต่าง ๆ ในชีวิตประจำวันได้มากมาย