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 הוא חוק הפעולה והתגובה לפיו עבור כל כוח שגוף א' מפעיל על גוף ב' קיים כוח שווה בגודלו אך הפוך בכיוונו שגוף ב' מפעיל על גוף א'. לדוגמא כשאדם עומד בחדר הוא מפעיל כוח על הרצפה בגלל משקלו וכוח המשיכה של כדור הארץ. בתגובה הרצפה מפעילה עליו כוח נגדי שווה בגודלו שמאזן את כוח המשיכה ומאפשר לאדם לעמוד. טילים משתמשים בכוח התגובה כדי להמריא, הטיל מעיף גז חם למטה והגז בתגובה מעיף את הטיל למעלה. צריך לשים לב שלמרות שכוחות הפעולה והתגובה שווים בגודלם ופועלים בכיוונים הפוכים, הם אינם מבטלים אחד את השני כי הם פועלים על גופים שונים. 

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.

24 תגובות

  • אוראלי

    המאמר אינו כתוב נכון!

    היה מעניין מאוד אך יש כמה דברים שאינם מדוייקים. אינני מתמטיקאי ואינני מתיימר אך המאמר אינו כתוב בצורה פיסיקלית נכונה. יש כמה דברים שצריך לשנות ואני אשמח לשלוח לכם תיקון במייל אם תשלחו לי הודעה. האימייל שלי ZainAnakMeod@gmail.com מוזמנים לשלול לי מייל בזמן הפנוי שלכם ואשלח לכם הודעה. תודה והמשך יום טוב. עלה והצלח!

  • מור

    היה מעניין!

    אהבתי מאוד את המאמר! כתוב בצורה יפה ומכבדת! מגלה עניין וידע. מאוד נהניתי לקרוא. זו הפעם השנייה שאני קוראת מאמר זה מטעם עבודות על חוקי ניוטון הגאוניים. תודה!

  • אברהם

    אינני מתמטיקאי ואינני מתימר

    אינני מתמטיקאי ואינני מתימר להיות אחד כזה ולכן נמסר כאן רעיון הנראה מוחשי כדי לנסות ולהסביר את כניסת התודעה האנושית למימד השלישי כדי לפתור בעיות בלתי מוחשיות.
    נראה שהחוק השלישי של ניוטון מסביר שהתנועה עצמה זה הזמן.
    נניח שתנועה נעצרה כתוצאה של כוחות חיצוניים שהופעלו על הגוף, למעשה הזמן נעצר.
    נניח שהמחשבה שנעה מתוך מהזיכרון לתודעה שלנו זה הגוף מוחשי הנמצא בתנועה.
    התנועה של המחשבה עצמה זה כאשר אנו חושבים על הארוע שהתרחש בעבר אשר נשמר בזיכרון ויש בתוכו כוחות דחף. כוחות הדחף הללו פורצים לתוך התודעה האנושית נקראים מחשבה. נניח שכוחות הדחף של המחשבה נעצרו כתוצאה של כוחות חיצוניים שהופעלו מבחוץ או שהאנרגיה פשוט אזלה והמחשבה נעצרה, וכתוצאה של עצירת המחשבה, התודעה נמצאת במנוחה. וממקום מנוחה זה בוחנים את העובדות הנמצאות לפננו ללא ניתוח והסקת מסקנות. כלומר ללא תנועה של המחשבה בכלל.
    תנועת המחשבה זה המימד השני כלומר הזמן עצמו.
    כיצד תנסחו את זה באופן מתמטי?

  • giorgi

    ניוטון

    היי,
    אני מאמין של תענו לי מכיוון שעברו כמה שנים מאז הסרטון עלה.
    אך אנסה את מזלי.
    אני יודע שכוח N אחד שווה ל-102 גרם.
    אבל אני לא מצליח להבין למה דווקא ל-102 גרם..
    אשמח אם תענו לי על זה, תודה מראש.

  • יאיר

    W=m*g W=0.102*9.81 W= 1 N

    W=m*g
    W=0.102*9.81
    W= 1 N

  • Yifat Reuveni

    ניסוח החוק השני של ניוטון....

    כתוב מבולבל, ונראה לי שצריך להיכתב כך: דן בכוחו של גוף שהוא תוצר של התאוצה שלו ושל המסה של אותו הגוף.
    כוח[F=FOURCE] הוא תוצר של מסה[M=MASS] כפול תאוצה[A=ACCELERATION]
    [F=M x A [F=MA, ובאותה הצורה F/M=A, זאת אמרת: הכוח חלקי המסה מאפשר לחשב את תאוצת הגוף, וגם F/A=M, זאת אומרת הכוח חלקי התאוצה מאפשר לחשב את המסה.
    תודה.

  • יצחק

    חזרה לבית הספר.

    נראה לי שלא מהמגיבים צריכים לשוב לבית הספר וללמוד את המושגים מחדש.
    א. עצבר לא רוצה להבין את המושגים, אז הוא פטור.
    גוף ינוע בקו ישר ובמהירות קבועה, אלא עאם כן יופעל עליו כוח. על גרמי השמים מופעל כוח תמידי שהוא כוח המשיכה של גרם השמים, סביבו הוא מסתובב.
    תאוצה אינה כוח. היא תוצאה של כוח הפועל על מסה.
    מסה היא כמות של חומר ולכן היא מדידה.

  • שמואל

    גרמי השמיים שלא מפסיקים לנוע

    גרמי השמיים שלא מפסיקים לנוע,למרות שהם לא נעים בקיו ישר לפי חוקי ניוטון?

  • רות

    הסבר נפילה חופשית

  • 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.

  • יהודי אחר

    יש משהו מאוד מסקרן בדרישה של

    יש משהו מאוד מסקרן בדרישה של אדם מאמין להוכחות, וטיעונים לגבי מה אמיתי ומה לא. בכלל הזלזול במדע "הקדוש" שלנו בהחלט מעורר תמיהה. אתה אדם סקרן? אתה חפץ בהבנה? אז מה התוקף של לימודי הקודש האמיתיים שלך אל המציאות?

  • אנונימי

    "המדע הקדוש" עובד

    כיוון שהשימוש במושגים האלו והמתמטיקה שלהם מאפשרת לנו לבנות מכונות ולעוף לירח אנחנו יודעים שיש בהם הגיון, גם אם לנו הן לא נשמעות הגיוניות.

  • מישהי שמקווה לעזור

    מקווה שאוכל לעזור (אני לא מדוידסון)

    "יהודי", אני מבינה בדיוק מה אתה אומר. גם כשאני התחלתי ללמוד פיזיקה עניין היחידות היה קצת מבלבל. אבל אז חשבתי על זה כך: כשאני מודדת את הגובה שלי, אני מודדת במטרים. אך כשאני מודדת מה המרחק נסיעה לאילת אני אמדוד בקילומטרים, מכיוון שיהיה לי הרבה יותר קל לכתוב 560 ק"מ ולא 560000 מטר. קילומטר היא יחידת מידה "מופשטת" שעוזרת לנו בכתיבת מרחקים ארוכים. אותו הדבר נכון לגבי מטר לשנייה וק"מ לשניה(קמ"ש). כך גם לגבי כל שאר היחידות ה"מופשטות" שאתה מדבר עליהן.

  • 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

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאנה 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.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

  • סער טויטו

    .

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

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז 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!!!

  • yehudit flax

    החוק השלישי של ניוטון

    רציתי רק להוסיף שלגבי הזבוב והספר- הכוח המופעל על שניהם שווה אולם עדיין פועל על שניהם כוח הכבידה ומאחר והספר כבד יותר הוא צונח מהר יותר ומועך את הזבוב