Ņūtona likumi

Ņūtona likumi latīņu valodā, 1687. gada izdevums.

Ņūtona kustības likumi ir trīs klasiskās mehānikas likumi (kā ceturto var pieskaitīt vispasaules gravitācijas likumu), kuri raksturo spēka ietekmi uz ķermeņiem. Spēks izraisa ķermeņu kustību vai deformāciju. Mehānikā plaši izmanto materiālus punktus un absolūti cietus ķermeņus — absrtaktos fizikas modeļus, kuriem arī piemēro Ņūtona likumus.

Trīs klasiskās mehānikas pamatlikumi, kurus Ņūtons formulējis 1687. gadā grāmatā "Dabas filozofijas matemātiskie principi", ko vairāk pazīst pēc tās saīsinātās versijas ar oriģinālo nosaukumu latīņu valodā Principia Mathematica.

Pirmais Ņūtona likums

Pirmais Ņūtona likums jeb inerces likums: ja uz ķermeni neiedarbojas citi ķermeņi vai arī ja to iedarbība savstarpēji kompensējas, ķermenis saglabā miera vai vienmērīgas taisnvirziena kustības stāvokli.

Pirmajam Ņūtona likumam kā piemēru var minēt bumbiņu, kas nekustīgi stāv uz biljarda galda. Bumbiņa paliks šādā stāvoklī, ja vien to nepagrūdīs ar kiju vai citu bumbiņu vai ja kāds neizkustinās galdu. Līdzīgi, ja bumbiņa ripo, tā turpinās savu ceļu, līdz to apturēs cita bumbiņa, borts, kabata vai berzes spēks ar galda virsmu.

Otrais Ņūtona likums

Otrais Ņūtona likums (materiāla punkta kustības dinamikas pamatlikums) ir sakarība starp spēku, masu un paātrinājumu: ķermeņa masas un paātrinājuma reizinājums ir vienāds ar spēku, kas darbojas uz ķermeni, turklāt paātrinājuma virziens sakrīt ar spēka virzienu.

Formulas veidā to pieraksta šādi:

${\vec {F}}=m{\vec {a}}$,

kur ${\vec {F}}$ ir spēks, kas darbojas uz ķermeni [N], m ir ķermeņa masa [kg], bet ${\vec {a}}$ ir paātrinājums [m/s²].

Citiem vārdiem, spēks, iedarbojoties uz ķermeni, ietekmē tā kustību. Piemēram, ja ar vienādu spēku mēģina pagrūst biljarda bumbiņu un boulinga bumbu (kurai ir lielāka masa nekā biljarda bumbiņai), tad skaidrs, ka biljarda bumbiņa kustēsies daudz straujāk nekā boulinga bumba. Arī kustībā esošas boulinga bumbas kustības mainīšanai ir nepieciešams lielāks spēks nekā biljarda bumbiņai.

Piemērs ar skaitļiem: Cilvēks, kura masa ir 100 kg, kustas ar paātrinājumu 10 m/s² tad spēks, ar ko tas tika pagrūsts, ir 100 kg x 10 m/s² = 1000 N.

Izmantojot impulsa jēdzienu, šo likumu var uzrakstīt kā

${\vec {F}}={\frac {\operatorname {d} {\vec {p}}}{\operatorname {d} t}}$, kur ${\vec {F}}$ ir ķermenim pieliktais spēks, ${\frac {\operatorname {d} {\vec {p}}}{\operatorname {d} t}}={\vec {p}}'_{t}$ ir impulsa pirmās kārtas atvasinājums pēc laika,

vai kā

${\vec {\langle F\rangle }}={\frac {\Delta {\vec {p}}}{\Delta t}}$, kur $\langle {\vec {F}}\rangle$ ir vidējais spēks, $\Delta {\vec {p}}$ ir impulsa izmaiņa, $\Delta t$ ir laika intervāls.

Izmantojot spēka impulsa ${\vec {J}}$ jēdzienu, šo likumu var uzrakstīt kā

$\Delta {\vec {p}}={\vec {J}}$.

Trešais Ņūtona likums

Trešais Ņūtona likums jeb darbības un pretdarbības likums ir šāds: spēki, ar kādiem divi ķermeņi iedarbojas viens uz otru, vienmēr ir vienādi pēc lieluma, bet vērsti pretējos virzienos.

To var aprēķināt pēc formulas ${\vec {F_{2}}}=-{\vec {F_{1}}}$,

kur ${\vec {F_{1}}}$ ir darbības spēks [N], bet ${\vec {F_{2}}}$ ir pretdarbības spēks [N].

Ja viens ķermenis iedarbojas ar spēku uz otru ķermeni, tad tikpat liels spēks, ko sauc par pretdarbības spēku, darbosies arī pretējā virzienā. Šo likumu ilustrē sprinteris, kas atbalstās pret starta paliktņiem. Kad sprinteris atgrūžas no šiem paliktņiem, skriešanas virzienā jūtams tikpat stiprs pretgrūdiens, un tas palīdz sportistam uzsākt skrējienu.

Piemērs ar skaitļiem: Grāmata, kas uz galdu spiež ar 10 N lielu spēku, no galda saņem atpakaļ 10 N lielu spēku, kas vērsts pretējā virzienā.

Skatīt arī

• Ņūtona vispasaules gravitācijas likums
• Ņūtona viskozitātes likums

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Ņūtona likumi.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Ņūtona 3 likumi, ar divriteni — Džošua Menlijs (latviski). TED-Ed (2012. gada 19. septembris).