Newtoni seadused

Newtoni seadused on kolm fundamentaalset füüsikalist loodusseadust, mis panevad aluse dünaamikale ja üldisemalt kogu klassikalisele mehaanikale. Need kirjeldavad kehale mõjuvat jõudu ja keha liikumist sellele mõjuvate jõudude toimel. Neid seadusi nimetatakse ka mehaanika põhiseadusteks.

"Principia" esmatrüki tiitelleht (1687)

Isaac Newton

Newtoni esimene seadus ehk inertsiseadus ütleb, et keha liigub ühtlaselt sirgjooneliselt või seisab paigal, kui talle mõjuv jõud – täpsemalt resultantjõud – on null. Resultantjõu nulliga võrdumine tähendab seda, et kehale ei mõju üldse jõude või sellele mõjuvad jõud tasakaalustavad üksteist. Sellist nähtust, kus keha püüab oma liikumisolekut säilitada, nimetatakse inertsiks. Just sel põhjusel nimetatakse Newtoni esimest seadust ka inertsiseaduseks. Sümbolites võib esimese Newtoni seaduse üles märkida järgmiselt:
kui ${\displaystyle {\vec {F}}=0}$, siis ${\displaystyle {\vec {a}}=0}$ ehk kui ${\displaystyle {\vec {F}}=0}$, siis ${\displaystyle {\vec {v}}=const}$.

Newtoni teine seadus ehk dünaamika põhiseadus ütleb, et kui kehale mõjuv resultantjõud on nullist erinev, siis liigub keha kiirendusega, mis on võrdeline ja samasuunaline resultantjõuga ning pöördvõrdeline keha massiga. Valemi kujul näeb seadus välja järgmine:
${\displaystyle {\vec {F}}=m{\vec {a}}}$.

Newtoni teisest seadusest järeldub, et keha kiirenduse määramiseks on vaja teada kehale mõjuvat jõudu ja keha massi:
${\displaystyle a={\frac {F}{m}}}$.

Newtoni kolmas seadus ehk mõju ja vastasmõju seadus ütleb, et kaks keha mõjutavad teineteist jõududega, mis on suuruselt võrdsed ja vastassuunalised.

Newtoni seadused on väga üldised, sest lubavad arvutada paljude erisuguste süsteemide liikumisi olenemata sellest, mis tüüpi jõude vaadeldakse. Mõjuvateks jõududeks võivad olla raskusjõud, hõõrdejõud, elastsusjõud, elektromagnetiline jõud. Uuritavad süsteemid võivad olla oma mõõtmeteltki erinevad – argielus puutume kokku esemete ja olenditega, kelle liikumised alluvad kõik Newtoni seadustele. Samas suudavad Newtoni seadused kirjeldada ka taevakehi ja nende süsteeme ning lausa aatomeid või molekule. Kuid siiski pole Newtoni seaduste kehtivusulatus absoluutne, sest nad kehtivad piisava täpsusega vaid valguse kiirusest oluliselt aeglasemalt liikuvate kehade korral. Vastasel korral tuleb kasutada Einsteini relatiivsusteooriat.

Ajalugu

Kreeka filosoof Aristoteles uskus, et igal kehal on universumis oma, loomulik koht. Tema sõnul tahavad rasked esemed, nagu kivid, olla maa peal, kerged, näiteks suits, õhus, ja taevakehad taevas. Ta arvas, et kui kehale ei mõju ükski jõud, on keha puhkeolekus. Selleks et keha liiguks ühtlaselt ja sirgjooneliselt, peab talle mõjuma terve selle ajaühiku jooksul mõni jõud – vastasel juhul jääks keha seisma.

Galileo Galilei aga mõistis, et mõjuv jõud on vajalik vaid selleks, et muuta keha liikumiskiirust. Teisisõnu, ta väitis, et jõu puudumisel keha jätkab liikumist senise liikumiskiirusega. Seda teadmist kasutaski Newton, kes sõnastas selle oma esimese seadusena, mida tuntakse ka inertsiseaduse nime all – keha liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt või seisab paigal, kui talle mõjuv resultantjõud on null. Resultantjõu nulliga võrdumine tähendab seda, et kehale ei mõju üldse jõude või sellele mõjuvad jõud tasakaalustavad üksteist. Kuna Galileo Galilei oli see, kes selle seaduse tegelikult esimesena sõnastas, andis Newton tunnustuse viisakalt talle.

Newton esitas oma seadused teoses "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" ("Natuurfilosoofia matemaatilised printsiibid"), mis ilmus 1687. aastal. Ta ise rakendas oma seadusi selleks, et kirjeldada mitmesuguste objektide ja süsteemide liikumist.