סר אייזיק ניוטון היה מתמטיקאי ופיזיקאי שחי במאה ה 17-18. אחת התגליות המפורסמות ביותר שלו היו שלושת חוקי התנועה, אותם פרסם ב-1687 בחיבורי Principa Mathematica. שלושת חוקים אלו למעשה מתארים בדיוק את תנועתם של גופים ותלותם בכוחות. הסרטון שלפנינו מסביר וממחיש את שלושת החוקים של ניוטון בצורה ברורה.
מומלץ לחזור ולצפות בסרטון פעם נוספת, אם תשימו לב, כאשר מוסבר החוק הראשון מודגם בו גם החוק השלישי...

הסרטון הופק על ידי Bryan leradi ותורגם בידי צוות אתר דוידסון אונליין.
we would like to thank Bryan Ierardi for his help.

החוק הראשון אומר שגוף תמיד ישאף להשאר במנוחה או בתנועה במהירות קבועה בקו ישר, כל עוד לא משפיע עליו כח חיצוני. למעשה ניתן להמיר זאת למושגי אנרגיה, שגוף ישאף לבזבז מינימום אנרגיה כלומר להשאר במנוחה. כאשר תנועה במהירות קבועה בקו ישר מוגדרת כמנוחה משום שאינה גוזלת אנרגיה. בשלב יש שיאמרו כי לא כך הדבר, אם נגלגל כדור, בשלב מסויים הוא יאט ויעצר ולא ימשיך בתנועה ישרה במהירות קבועה. הסיבה לכך נובעת מכוחות חיצוניים הפועלים על הכדור, שהעיקריים שבהם הם החיכוך עם האוויר והקרקע, וכח המשיכה. אם כן אם ניקח מערכת אידאלית בה אין כוחות, למשל עמוק בחלל, ונזרוק שם כדור, הוא ימשיך לנוע עד אינסוף בקו ישר ומהירות קבועה - המהירות בה עזב את היד כלומר המהירות בה הכח הפסיק לפעול עליו.

החוק השני למעשה דן בתאוצה וממה היא מושפעת. תאוצה של גוף נקבעת מהכוחות הפועלים עליו וממסתו. בעזרת חוק זה ניתן למעשה לחשב את סך הכוחות הפועלים על גוף על ידי חישוב תאוצתו וההיפך בעזרת המשוואה F=ma. האות F מייצגת את הכח (force) המופעל על הגוף המסה של הגוף מיוצגת על ידי (m) ו-a מייצגת את תאוצת הגוף כתגובה לכח שהופעל עליו (acceleration). לנוסחא זו שימושים רבים מעבר לשיעורי בית בפיזיקה (אם כי ניתן בעזרתה לפתור בעיות). המשוואה משמשת לחישוב של כוחות בתנועה מעגלית, חישובים אסטרונומיים ועוד.

החוק השלישי הינו חוק מעט מופשט יותר האומר כי לכל כח יש כח שווה בגודלו ומנוגד בכיוונו. כוחות אלו מכונים כוחות מדומים משום שאינם נלקחים בחשבון כאשר נעשים חישובים של תנועה, אך במציאות הם מוחשיים מאוד. דוגמא לכך היא העובדה שנו עומדים על האדמה ולא שוקעים פנימה, שחלליות מצליחות להמריא ולמעשה זהו חוק שניתן לזהות בכל גוף עליו נסתכל. ניתן לומר שבתנועה מעגלית הכח הצנטרפוגלי הינו תוצר החוק השלישי של ניוטון לכח הצנטריפיטלי (הכח שנוצר כתוצאה מתנועה מעגלית - ראו הסבר).

אמנם חוקי ניוטון מסבירים תהליכים רבים, אך הם אינם מתקיימים תמיד. במערכות מאוד קטנות (ברמה האטומית) חוקי ניוטון אינם תמיד מתקיימים, ובמקומם חלה המכאניקה קוונטית. במערכות אלקטרומגנטיות מסויימות החוק השלישי אינו עובד וגם במערכות מרוחקות מאוד זו מזו, עקב מהירות האור, שגורמת לכך שייקח לגוף אחד זמן להשפיע על השני.

מאת: ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

11 תגובות

  • יהודי

    מה אני לא סובל בפיזיקה

    יש רק כמה מונחים בסיסיים אותם אני וכל אחד אחר מבינים: תאוצה, מהירות וכדומה. אני אומר זאת בהתיחסות ליחידות המדידה שלהם - מטר לשניה הוא דבר מובן וברי. לעומת זאת, הסיבה שאני סובל נוראות בקריאה ולימוד פיזיקה היא היחידות הלא-מובנות להפליא של כוח, תנע, אנרגיה, עבודה וכן הלאה.
    אני באמת לא מבין מהו כפל של מסה (בתור התנגדות או כמות חומר, איך שלא תרצו) במטר לשניה, במטר לשניה ריבועית, ניוטון מטר ועוד ועוד. איזה יחידות אלה בכלל?!
    אל תגידו לי שאלה יחידות מופשטות שנועדו לשימוש, כי לעניות דעתי המדע היום (כן, המדע ה"קדוש" שלכם) נוטה לחפוף בין המלים "מופשט" ו"חוסר הגיון" כל הזמן.
    כרגע אני סבור שאלה לא יחידות מופשטות אלא פשוט "מגוחכות" וחסרות הגיון. באנגלית: This makes no sense.
    זה יהיה כך עד שתוכיחו לי אחרת במלים פשוטות. אני לא אליל או משהו (וכך גם אתם והמדע ה"קדוש" שלכם), אני בן-אדם שדורש הסבר.

  • א.עצבר

    מסה וכוח אינם מושגים מדעיים

    המושג מסה , אינו מושג מדעי.
    המושג אורך הוא מדעי, כיוון שיש לנו ידיעה טבעית המסוגלת לזהות – כמות מוחלטת של אורך –
    ( כמו לדוגמה אורך של עיפרון , שאורכו הוא אורכו כמו שהוא מופיע במציאות)
    עם כמות אורך - מוחלטת נבחרת- אפשר ליצור מד אורך. ( סרגל)
    סימן ההיכר של מושג מדעי הוא מכשיר המדידה שלו, שיש לו אמת מידה נבחרת מוחלטת,

    המושג מסה אינו מדעי , כיוון שאין לנו ידיעה טבעית המסוגלת לזהות – כמות מוחלטת של מסה-
    לכן, אי אפשר ליצור מד מסה , וכן אפשר ליצור מד אורך.
    אין לנו ידיעה טבעית המסוגלת לזהות – כמות מוחלטת של מסה – השייכת למטבע של 1 שקל.

    והיות שהמושג "מסה" אינו מדעי, מה הטעם באמירה....מסה נהפכת לאנרגיה ?
    אנרגיה הוא מושג מדעי , ובקלות ניתן ליצור מד אנרגיה עם קפיץ.
    זמן הוא מושג מדעי, ויש לנו ידיעה טבעית המסוגלת להבחין בכמות מוחלטת של זמן, המופיעה בין שתי פעימות לב. הידיעה הטבעית מסוגלת להבחין בכמות מוחלטת של זמן המופיעה , בין שני המצבים הקיצוניים של מטוטלת.
    לכן, אפשר ליצור מד זמן.
    בשלב זה , מסה זה מושג ספרותי....ואיך מושג זה יכול להפוך לאנרגיה ?
    א.עצבר
    גם כוח אינו מושג מדעי.
    תאוצה הוא מושג מדעי, כיוון שמביעים תאוצה עם שני מושגים מדעיים ( מרחק וזמן )
    כוח לא יכול לגרום לתאוצה של גוף ממשי, כיוון שכוח אינו ספק של אנרגיה.
    בציור שבסרטון, מי שמאיץ את הגוף הוא מושך הגוף, והמושך הזה משקיע אנרגיה.
    בנוסחה ...כוח = מסה * תאוצה יש רק מושג מדעי יחיד והוא תאוצה.
    כוח ומסה הם מושגים ספרותיים.
    מושג האנרגיה עוד לא היה קיים בתקופת ניוטון.
    לכל גוף ממשי יש את אנרגיית הרחיפה שלו, וקפיץ פשוט יגלה אותה. אנרגיית הרחיפה היא מושג מדעי, כיוון שיש לנו ידיעה טבעית המסוגלת לגלות כמות מוחלטת של אנרגיית רחיפה.
    כוח ומסה הם מחוץ לתחום המדעי, מרחק זמן ואנרגיה הם בתוך התחום המדעי.
    מכשירי המדידה הם סרגל, שעון , קפיץ.
    א.עצבר

  • אנה גריבנין

    מסה וכוח

    לגבי המסה:

    ישנן דרכים רבות למדוד מסה. אם מדובר בגוף מאקרוסקופי (גדול) הרי שההגדרה הקלאסית הניוטונית תקפה - ומסה של גוף הינו
    m=F/a
    או, בהנתן שפועל כח מסויים על אותו גוף - היחס בין הכוח לתאוצה שיצבור הגוף.
    על מנת להעריך מסה של חלקיק קטן למשל אלקטרון - ניתן להאיץ אותו בשדה חשמלי ידוע (על מנת לתת לו מהירות ידועה) ואז למדוד את מידת הסטייה שלו ממסלולו המקורי תחת השפעת שדה מגנטי ידוע.
    גם אנרגיה וגם מסה - שניהם מושגים מדעיים שאופן מדידתם הוא לא אינטואיטיבי ונעשה באופן עקיף.

    לגבי הכוח: כוח בהחלט יכול לגרום לתאוצה של גוף ממשי, ולמעשה גם אותו ניתן למדוד באמצעות קפיץ. ישנם כוחות גרביטציוניים למשל - ניתן למדוד אותם עפ"י השפעתם על קפיץ רגיש במיוחד.

  • א.עצבר

    למשוואה שהצגת אין משמעות פיזיקלית

    המשוואה כוח = מסה כפול תאוצה , חסרת משמעות פיזיקלית
    האגף השמאלי מביע כמות אנרגיה ההולכת וגדלה עם הזמן.,
    כדי שהמשוואה תהיה בעלת משמעות פיזיקלית, עליה לקיים את חוק שימור האנרגיה
    כדי שחוק שימור האנרגיה יתקיים , הכוח הניוטוני צריך להיות ספק אנרגיה.
    אבל הכוח הניוטוני אינו ספק אנרגיה,.
    לכן, המשוואה הניוטונית היא חסרת משמעות פיזיקלית.
    במשוואה זו רק התאוצה היא מושג מדעי נמדד.
    כוח ומסה אינם מושגים מדעיים, ולכן אינם נמדדים.
    את המשוואה הזו אפשר לתרגם למכונית המושכת עגלה .
    העגלה קשורה למכונית עם קפיץ.
    כאשר המכונית נעה בתאוצה קבועה הקפיץ יציג מתיחות קבועה.
    קפיץ מתוח מייצג כמות של אנרגיה.
    כמות האנרגיה שבקפיץ, מייצגת את כמות האנרגיה הקינטית של העגלה, הנרכשת ביחידת דרך.
    כמות האנרגיה שמשקיעה המכונית המושכת = לכמות האנרגיה הנרכשת של העגלה.
    כמות האנרגיה שבקפיץ המתוח – היא רק מדיד .
    בטעות מכנים את המדיד בשם כוח.
    הכוח אינו מאיץ את העגלה....המכונית מאיצה את העגלה.
    א.עצבר

  • סער טויטו

    לדף שלכם בכללי

    אני רוצה להגיד לכם כל הכבוד באמת הסברים מובנים וקלים להבנה.

  • ארז גרטי

  • סער טויטו

    .

    יש לי שאלה אליכם. האם אתם גם מעבירים שיעורים פרטיים בפיזיקה?

  • ארז גרטי

    תשובה

    אנחנו לא מעבירים שעורים פרטיים, אבל אנחנו כן עונים על שאלות כלליות (לא פתרון תרגילים או שעורי בית)

  • ליאור

    ניוטון

    הסרטון מרתק!!! אהבתי מאווד אני גם לומדת פיזיקה וזה מאוד עוזר...

  • ז'נט בן ימין

    חוק 3 של ניוטון

    שלום רב ,
    הסרט מעולה ומבסיר יפה את 3 החוקים .אך יש לי שאלה .
    האם כאשר ספר נופל על זבוב הכוח שמפעיל ספר על זבוב שווה לכוח שמפעיל זבוב על הספר ?
    יש לנו בצוות הרבה התלבטויות .יש טוענים שמכיוון שהזבוב נמעך הכוח של הספר גדול יותר. האם זה נכון ? מתי ובאיזה מצבים מתקיים חוק 3 של ניוטון ?
    או כאשר מכונית ומשאית מתנגשות ,יש מורים שטוענים אם שתיהן נעצרים במקום אז כוחות שווים ,אך אםן מכונית משנה את מקומה אז כוח המשאית גדול יותר מכוח המכונית .
    אודה לכם אם תוכלו לענות לי בהקדם האפשרי
    תודה מראש

  • ירון גרוס

    חוק שלישי של ניוטון

    שלום
    בנוגע לדוגמאות שהעלאת - בשני המקרים הכוחות שווים
    כלומר כאשר ספר פוגע בזבוב, הכח שמפעיל הזבוב על הספר זהה לכח שמפעיל הספר על הזבוב... הזבוב נמחץ מאחר והוא רגיש יותר אולם הכוחות שווים
    באותו אופן כאשר מכונית ומשאית מתנגשות זו בזו הכוח הפועל על המכונית זהה לכח הפועל על המשאית לכן מאחר והמשאית מאסיבית יותר הן לא יעצרו במקום המשאית תגרור את המכונית עימה (ואז יכנסו כוחות אחרים למשוואה כמו כח החיכוך בין המכונית והמשאית לכביש שיעצרו את השתיים).

    החוק השלישי של ניוןטון מתקיים עבור כל הכוחות האמיתיים. זהו עקרןו חשוב מאוד. רק עבור כוחות מדומים (אלו הם כוחות הנובעים ממעבר בין מערכות ייחוס כאשר מערכת אחת מאיצה ביחס לשניה, לדוגמה הכח הצנטריפוגלי) לא מתקיים החוק השלישי.... אולם לרוב, ברוב הכוחות שתעסקו בהם, החוק השלישי מתקיים

    אני רואה שמה שמבלבל אתכם הוא דוגמאות בהם יש חוסר שוויון במאסה של שני עצמים אז אני אתן לכן גם כן דוגמא. כאשר אתם קופצים ונוחתים על הריצפה.. הכח שכדור הארץ מפעיל עליכם עוצר אתכם, באותו הרגע אתם מפעלים בדיוק את אותו הכח על כדור הארץ. וכן, אתם מזיזים את כדור הארץ עקב כך, אולם בגלל המאסה האדירה שלו אותו הכח שעוצר אתכם, הינו בעל השפעה זניחה על כדור הארץ.. אך שוב חשוב להדגיש - גודלו של הכח זהה!!!

תגובות פייסבוק