Sir Isaac Newton heeft niet alleen ontdekt hoe hij banen moet berekenen. Hij gaf ons de regels voor hoe fysieke objecten zich gedragen. Deze regels zijn op het eerste gezicht eenvoudig, maar ze houden de hele wereld in stand. Je ziet ze elke keer dat je autorijdt. Je voelt ze als je van een stoeprand springt. De fysica achter deze interactie is wat we de bewegingswetten van Newton noemen. Ze definiëren de relatie tussen kracht en beweging.
Waarom objecten blijven doen wat ze doen
De eerste wet wordt vaak de wet van de traagheid genoemd. Het klinkt ingewikkeld. Dat is het niet. Het zegt alleen dat een object zal blijven doen wat het al doet, tenzij iets het tot verandering dwingt. Als er een steen op de grond ligt. Het blijft daar. Voor altijd. Tenzij je erop drukt. Als een hockeypuck over ijs glijdt. Het blijft glijden. Tenzij wrijving of een stok het tegenhoudt.
Dit werkt alleen in een specifiek referentiekader. Gebruikelijk. Dat frame is de aarde. We gaan ervan uit dat de grond stil is. We houden niet altijd rekening met het draaien van de planeet. Maar voor alledaagse problemen. Het is dichtbij genoeg. Traagheid is de weerstand tegen verandering in beweging. Daarom schiet je naar voren als een bus hard remt. Je lichaam wil met dezelfde snelheid blijven bewegen. De bus stopt. Uw veiligheidsgordel oefent een kracht uit. Jij stopt. De wet legt uit waarom.
De wiskunde van kracht en versnelling
De tweede wet is waar de wiskunde werkelijkheid wordt. Het verbindt drie dingen. Kracht. Massa. Acceleratie. De formule is beroemd.
F = ma
Kracht is gelijk aan massa maal versnelling.
Deze vergelijking vertelt je precies hoe hard je iets moet duwen om het te laten versnellen of vertragen. Het laat ook zien waarom zware dingen moeilijk te verplaatsen zijn. Een vrachtwagen heeft meer massa dan een fiets. Om de vrachtwagen even snel te laten accelereren als de fiets. Je hebt veel meer kracht nodig.
Acceleratie gaat niet alleen snel. Het is een veranderende snelheid. Of van richting veranderen. Als u met een constante snelheid in een cirkel rijdt. Je bent nog steeds aan het versnellen. Omdat je richting verandert. De kracht die nodig is om de auto te laten draaien, komt van de wrijving van de banden op de weg. Geen wrijving. Geen beurt. Je glijdt er gewoon in een rechte lijn vanaf. De tweede wet kwantificeert die vereiste.
De realiteit van interactie
De derde wet is de actie-reactiewet. Het wordt vaak verkeerd begrepen. Mensen denken dat de krachten elkaar opheffen. Dat doen ze niet. Ze werken op verschillende objecten.
De wet bepaalt dat voor elke actie. Er is een gelijke en tegengestelde reactie. Twee lichamen die op elkaar inwerken, oefenen krachten op elkaar uit. Deze krachten zijn even groot. Tegengestelde richting.
Denk aan wandelen. Je duwt achteruit op de grond. De grond duwt je naar voren. Die voorwaartse beweging is wat jou beweegt. Hetzelfde geldt voor een raket. De motor duwt het gas via de achterkant naar buiten. Het gas duwt de raket naar voren. De krachten zijn gelijk. De resultaten zijn afhankelijk van de massa. Het gas heeft zeer weinig massa. Het schiet snel uit. De raket heeft een enorme massa. Het beweegt langzamer. Maar de kracht is hetzelfde.
Deze wetten zijn niet alleen maar definities uit het leerboek. Zij vormen de basis van techniek. Bruggen. Auto’s. Vliegtuigen. Ze vertrouwen allemaal op deze principes. Zonder hen. We zouden niet weten hoe we iets moeten bouwen dat beweegt of stilstaat. Het universum volgt deze regels. Altijd
