Sir Izaak Newton nie tylko wymyślił, jak obliczyć orbity. Dał nam zbiór zasad rządzących zachowaniem obiektów fizycznych. Zasady te na pierwszy rzut oka są proste, ale spajają cały świat. Widzisz je za każdym razem, gdy jedziesz. Czujesz je, kiedy zeskakujesz z krawężnika. Fizyka tej interakcji nazywa się prawami ruchu Newtona. Definiują związek pomiędzy siłą a ruchem.
Dlaczego obiekty nadal robią to, co robią
Pierwsze prawo jest często nazywane prawem bezwładności. Brzmi skomplikowanie. Ale to nieprawda. Po prostu stwierdza, że obiekt będzie nadal robił to, co już robi, chyba że coś spowoduje zmianę tego stanu. Jeśli kamień leży na ziemi. On tam zostaje. Na zawsze. Chyba, że go popchniesz. Jeśli krążek ślizga się po lodzie. Ona ciągle się ślizga. Dopóki tarcie lub kij tego nie zatrzyma.
Działa to tylko w określonym układzie odniesienia. Zazwyczaj. To jest układ odniesienia Ziemi. Zakładamy, że Ziemia jest nieruchoma. Nie zawsze bierzemy pod uwagę obrót planety. Ale do codziennych zadań to wystarczy. Bezwładność to opór przed zmianami ruchu. Dlatego gdy autobus gwałtownie hamuje, zostajesz wyrzucony do przodu. Twoje ciało chce poruszać się z tą samą prędkością. Autobus zatrzymuje się. Pas bezpieczeństwa wywiera siłę. Zatrzymaj się. Prawo wyjaśnia dlaczego.
Matematyka siły i przyspieszenia
Od drugiego prawa zaczyna się prawdziwa matematyka. Łączy trzy rzeczy. Wytrzymałość. Waga. Przyśpieszenie. Przepis jest znany każdemu.
F = maks.
Siła równa się masie razy przyspieszenie.
To równanie pokazuje, jak mocno należy popchnąć obiekt, aby przyspieszyć lub zwolnić. Wyjaśnia również, dlaczego ciężkie przedmioty trudno jest przenosić. Ciężarówka ma większą masę niż rower. Aby ciężarówka przyspieszała z tą samą prędkością co rower. Będziesz potrzebować znacznie więcej siły.
Przyspieszenie to coś więcej niż tylko szybkie poruszanie się. To jest zmiana prędkości. Albo zmiana kierunku. Jeśli jedziesz po okręgu ze stałą prędkością. Wciąż przyspieszasz. Ponieważ Twój kierunek się zmienia. Siła potrzebna do skrętu samochodu pochodzi z tarcia opon o nawierzchnię. Bez tarcia – bez skręcania. Po prostu wpadniesz w linię prostą. Drugie prawo ilościowo opisuje tę potrzebę.
Rzeczywistość interakcji
Trzecie prawo to prawo akcji i reakcji. Często jest źle rozumiany. Ludzie myślą, że siły znoszą się wzajemnie. Oni nie. Działają na różne obiekty.
Prawo stanowi, że każdemu działaniu towarzyszy równa i przeciwna reakcja. Dwa oddziałujące ze sobą ciała wywierają na siebie siły. Siły te są równe pod względem wielkości. Skierowane w przeciwne strony.
Pomyśl o chodzeniu. Odpychasz ziemię z powrotem. Ziemia popycha Cię do przodu. To właśnie to pchnięcie do przodu Cię porusza. To samo dzieje się z rakietą. Silnik wypycha gazy z powrotem. Gazy popychają rakietę do przodu. Siły są równe. Wyniki zależą od masy. Gazy mają bardzo małą masę. Szybko wylatują. Rakieta ma ogromną masę. Porusza się wolniej. Ale siła pozostaje ta sama.
Przepisy te nie są jedynie definicjami podręcznikowymi. Są podstawą inżynierii. Mosty. Samochody. Samolot. Wszystko to opiera się na tych zasadach. Bez nich nie wiedzielibyśmy, jak zbudować cokolwiek, co się porusza lub stoi w miejscu. Wszechświat kieruje się tymi zasadami. Zawsze
