לקריאת הכתבה

שלושת חוקי התנועה של ניוטון

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.