De gravitatiewet van Newton wordt ook wel 'de vierde wet van Newton' genoemd. De bewegingswetten van Newton verwijst specifieker naar de eerste drie wetten.
Als er geen resulterende kracht op een voorwerp inwerkt, kan er geen snelheidsverandering (versnelling) van dat voorwerp optreden. De snelheid zal dus onveranderd blijven: zowel grootte als richting van de snelheid blijven constant. Het voorwerp staat stil (snelheid 0) of beweegt zich met constante snelheid in een bepaalde richting.
Deze wet is direct afkomstig van Galilei en is overgenomen door Newton. Omdat in het dagelijks leven vrijwel altijd wrijving optreedt, lijkt dit in tegenspraak met de ervaring. In veel alledaagse gevallen waar de snelheid wel standhoudt, is er inderdaad geen sprake van een resulterende kracht doordat de aandrijvende krachten precies de wrijvingskrachten opheffen (denk aan fiets of auto). De eerste wet wordt ook wel de wet van de traagheid genoemd: een voorwerp waarop geen uitwendige krachten werken is in rust of voert een eenparige rechtlijnige beweging uit. Dit kan afgeleid worden uit de vereenvoudigde formulering voor constante massa (Tweede Wet van Newton):
Als er geen (resulterende) kracht is (), is er ook geen (resulterende) versnelling ().
De eerste wet kan ook zo geformuleerd worden:
Om de bewegingstoestand van een voorwerp te veranderen is een kracht nodig. Deze kracht kan uitwendig zijn (hand gooit bal) of inwendig (eigen stuwkracht versnelt een raket).
Of
Zonder kracht wordt een voorwerp niet versneld. Zonder het optreden van een kracht houdt een voorwerp een constante snelheid, die 0 kan zijn (geval van rust).
Deze formuleringen zijn enkel van toepassing wanneer de beweging van het voorwerp (geïdealiseerd als puntmassa) wordt beschreven in een inertiaalstelsel. De eerste wet van Newton is dan een speciaal geval van de tweede wet van Newton.[3]
De tweede wet van Newton: kracht verandert de snelheid
De verandering van de impuls is recht evenredig met de resulterende kracht en volgt de rechte lijn waarin de kracht werkt.
Dit is de elementaire formulering van een bewegingsvergelijking. De krachtvector op een voorwerp is gelijk aan de verandering van de impuls ("beweging") van het voorwerp. De impuls is het product van de massa m in kilogram en de snelheid in m/s:
De tweede wet van Newton wordt daarom in formule:
Een speciaal geval is als de massa constant is, dus . Daaruit volgt de bekende formule met de versnelling :
Bij constante massa is de versnelling van een voorwerp evenredig met de grootte van de netto kracht op het voorwerp en omgekeerd evenredig met de massa van het voorwerp.
Als massa en snelheid beide variëren, zoals bij een raket met snelheid , die tijdens voortstuwing massa verliest die snelheid krijgt, geldt:[4][5][6]
Samengevat komt de Tweede Wet van Newton hierop neer:
een voorwerp in rust zal in beweging gebracht worden als er een kracht op werkt.
een voorwerp in beweging zal versnellen, vertragen of van richting veranderen als er een resulterende kracht op werkt.
De derde wet van Newton: actie ↔ reactie
Derde wet in theorie als animatie. In het echt zouden de balletjes uiteindelijk stoppen door luchtweerstand en energieverliezen in de ophanging.
Als een voorwerp A een kracht op een voorwerp B uitoefent, gaat deze kracht gepaard met een even grote, maar tegengesteld gerichte kracht van B op A:
Deze wet stelt dat krachten nooit alleen voorkomen, maar altijd in paren ( en ) die tegengesteld gericht en even groot zijn. De betrokken voorwerpen oefenen de krachten gelijktijdig op elkaar uit. De krachten werken dus op verschillende voorwerpen, waardoor ze elkaar niet opheffen. Elk van de twee krachten kan de actie genoemd worden, en dan is de andere kracht de bijbehorende reactie.[7]
Lex I. Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.
Tweede Wet
Lex II. Mutationem motis proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.
Derde Wet
Lex III. Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi.
Nieuwe inzichten betreffende de wetten van Newton
Erik Verlinde, hoogleraar in de theoretische fysica, heeft de wetten van Newton wiskundig afgeleid met de snaartheorie vanuit inzichten in de kwantummechanica. Dit zou kunnen betekenen, dat de wetten van Newton geen elementaire wetten zijn, maar een effect van dieper gelegen oorzaken.[10]
Verder lezen
Sir Newton, Isaac: Principia, vol I: The motion of bodies. Motte's translation revised by Cajori, University of California Press, 1962 of latere vertalingen
Westfall, R.S.: Never at rest. A biography of Isaac Newton, Cambridge, 1998
↑Een resulterende kracht of resultante is de netto kracht die op een voorwerp werkt. Zo'n resultante kan de som zijn van allerlei krachten, zoals wrijving, of krachten uitgeoefend door andere voorwerpen.
↑Marcelo Alonso en Edward J. Finn: fundamentele natuurkunde ten dienste van het wetenschappelijk onderwijs. 1. mechanica, 3.11 Systemen met veranderlijke massa, p. 89-92, Elsevier Amsterdam/Brussel 1978, vierde herziene druk.
↑Robert Resnick en David Halliday: Physics part I, p. 198-199, Systems of variable mass, John Wiley & Sons, New York 1966
↑(en) Brown, David (1989). Students' concept of force: the importance of understanding Newton's third law. Phys. Educ.24 (6): 353–358. DOI: 10.1088/0031-9120/24/6/007. “Even though one body might be more ‘active’ than the other body and thus might seem to initiate the interaction (e.g. a bowling ball striking a pin), the force body A exerts on body B is always simultaneous with the force B exerts on A.”.
↑Sir Newton, Isaac: Principia, vol I: The motion of bodies. Motte's translation revised by Cajori, University of California Press, 1962 of latere vertalingen