กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

ไอแซก นิวตัน (Isaac Newton) นักฟิสิกส์ นักคณิตศาสตร์ นักดาราศาสตร์ ชาวอังกฤษเป็นผู้มีชื่อเสียงที่สุดในประวัติศาสตร์อังกฤษ นิวตันเกิดที่วูลส์ธอร์พแมน เนอร์ลิงคอนเชียร์ อังกฤษ ในปี ค.ศ. 2019 หนังสือชื่อ Philosophi?Naturalis Principia Mathematica (เรียกกันโดยทั่วไปว่า Principiareble) เป็นรากฐานกฎกติกาพื้นฐานเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้แรงที่กระทำ (กฎว่าด้วยการเคลื่อนที่3 ข้อของนิวตัน) และทฤษฎีความโน้มถ่วงที่อธิบายว่าแรงซึ่งดึงดูดให้ผลแอปเปิลจากต้นตกสู่พื้น เป็นแรงชนิดเดียวกับที่ควบคุมการโคจรรอบโลกของพระอาทิตย์ นิวตันได้ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุและได้เสนอกฎการเคลื่อนที่สามข้อ กฎการเคลื่อนที่ทั้งสามข้อได้นำเสนออยู่ในหนังสือ Principia กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน (Newton’s laws of motion) สำหรับวัตถุ เป็นกฎกายภาพ (physical laws) ซึ่งเป็นกฎที่เกี่ยวกับพฤติกรรมของสสารที่เป็นจริงอยู่เสมออย่างไม่เปลี่ยนแปลง โดยเราไม่สามารถจะควบคุม ดัดแปลง หรือแก้ไขกฎแห่งความจริงได้

กฎการเคลื่อนที่ข้อ 1 ของนิวตัน (Newton’s first law of motion) หรือกฎของความเฉื่อย กล่าวว่า“วัตถุจะรักษาสภาวะอยู่นิ่งหรือสภาวะเคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอในแนวเส้นตรง นอกจากมีแรงลัพธ์ซึ่งมีค่าไม่เป็นศูนย์มากระทำ”คือ ถ้าวัตถุอยู่นิ่งก็ยังคงอยู่นิ่งเหมือนเดิม และถ้าวัตถุเกิดการเคลื่อนที่ก็จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ความเร็วคงที่ หรือความเร่งจะเป็นศูนย์ ซึ่งกรณีแรกจะเรียกว่า วัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลสถิต (static equilibrium) และอีกกรณีหลังจะเรียกว่า วัตถุอยู่ในสภาวะสมดุลจลน์ (kinetic equilibrium) มีสมการเป็นดังนี้ ?F=0 Fคือ แรงลัพธ์ทั้งหมดที่กระทำกับวัตถุ

กฎการเคลื่อนที่ข้อ 2 ของนิวตัน (Newton’s second law of motion) บางทีเรียกว่า กฎความเร่ง กล่าวว่า“ความเร่งของอนุภาคเป็นปฏิภาคโดยตรงกับแรงลัพธ์ที่กระทำต่ออนุภาค โดยมีทิศทางเดียวกันและเป็นปฏิภาคผกผันกับมวลของอนุภาค” ดังนั้น อัตราส่วนของแรงกับความเร่งจะเป็นค่าคงที่ ซึ่งตรงกับมวลของวัตถุ เขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ดังนี้ ?F = ma F คือ แรงลัพธ์ที่กระทำกับวัตถุ มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) m คือ มวลของวัตถุ มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg) a คือ ความเร่งมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาที2 (m/s2)

ถ้าแรงลัพธ์ (F) กระทำกับวัตถุอันหนึ่ง จะทำให้วัตถุมีความเร่ง (a) ในทิศทางเดียวกันกับทิศทางของแรง ซึ่งแรงลัพธ์ (F) ที่กระทำกับวัตถุ จะเท่ากับผลคูณระหว่างมวล (m) และความเร่ง (a) ของวัตถุ จะสรุปได้ว่า “แรงลัพธ์คงที่ที่กระทำกับวัตถุ ซึ่งมีมวลคงที่ วัตถุนั้นจะมีความเร่งคงที่ในทิศทางของแรงที่กระทำนั้น”

กฎการเคลื่อนที่ข้อ 3 ของนิวตัน (Newton’s third law of motion) กล่าวว่า“ทุกแรงกิริยา (action) ย่อมมีแรงปฏิกิริยา (reaction) ซึ่งมีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศตรงข้ามกันเสมอ”กฎข้อนี้เรียกว่า กฎของกิริยาและปฏิกิริยา (Law of action and reaction) แรงกิริยาและแรงปฏิกิริยา หมายถึง แรงกระทำและแรงกระทำตอบ โดยเป็นแรงซึ่งกระทำต่อมวลที่ต่างกันและเกิดขึ้นพร้อมกันเป็นคู่เสมอ โดยที่มวลอาจไม่สัมผัสกันและถือว่าแรงหนึ่งแรงใดเป็นแรงกิริยาและแรงปฏิกิริยาก็ได้ เขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ดังนี้ FA = -FR