Isaac Newton ha fornito la migliore descrizione dei legami tra forza e movimento nelle sue tre famose leggi, e apprendere su di loro è una parte cruciale della fisica dell'apprendimento. Ti dicono cosa succede quando una forza viene applicata a una massa e definiscono anche il concetto chiave di forza. Se vuoi capire la relazione tra forza e movimento, le prime due delle leggi di Newton sono le più importanti da considerare e sono facili da afferrare. Spiegano che qualsiasi cambiamento dal muoversi a non muoversi o viceversa richiede una forza squilibrata e che la quantità di movimento è proporzionale alla dimensione della forza e inversamente proporzionale alla massa dell'oggetto.

TL ; DR (troppo lungo, non letto)

Se non c'è forza, o se le sole forze sono perfettamente bilanciate, un oggetto rimarrà fermo o continuerà a muoversi con la stessa velocità. Solo le forze sbilanciate provocano cambiamenti nella velocità di un oggetto, inclusa la modifica della velocità da zero (ad esempio, stazionario) a più di zero (in movimento).

Prima legge di Newton: forze e movimento non bilanciati

La prima legge di Newton dice che un oggetto rimarrà a riposo (non in movimento) o in movimento esattamente alla stessa velocità e nella stessa identica direzione, a meno che non venga agito da una forza "sbilanciata". In termini più semplici, dice che qualcosa si muove solo se qualcos'altro lo spinge, e che le cose si fermano, cambiano direzione o iniziano a muoversi più velocemente se qualcosa lo spinge.

Capire il significato di "forza sbilanciata" chiarisce questo legge. Se due forze agiscono su un oggetto, uno spingendolo verso sinistra e l'altro spingendolo verso destra, si muoverà solo se una delle forze è più grande dell'altra. Se hanno esattamente la stessa forza, l'oggetto rimarrà dove si trova.

Un modo per immaginare questo è pensare a una serie di scale, con pesi su entrambi i lati. I pesi vengono abbattuti dalla gravità, e l'unica cosa che influisce su quanto la gravità li attiri è quanta massa ci sia. Se hai la stessa quantità di massa su entrambi i lati, la scala rimane ferma. La scala si sposta solo se la si rende letteralmente sbilanciata in termini di massa. La differenza di massa significa che le forze che agiscono su entrambi i lati della scala sono sbilanciate, e quindi la scala si muove.

Immaginare movimento costante alla stessa velocità è più difficile perché non lo si incontra in un giorno-a -vita quotidiana. Pensa a cosa succederebbe se avessi una macchinina seduta su una superficie perfettamente liscia (senza attrito) e non ci fosse aria nella stanza. L'auto rimarrebbe ferma a meno che non fosse spinta, come descritto sopra. Ma cosa succede dopo la spinta? Non c'è attrito con la superficie per rallentarlo e non c'è aria per rallentarlo. La superficie equilibra la forza di gravità (da qualcosa chiamata "reazione normale", collegata alla terza legge di Newton), e non ci sono forze che agiscono su di essa da sinistra o da destra. In questa situazione, la macchina avrebbe continuato a viaggiare alla stessa velocità lungo la superficie. Se la superficie fosse infinitamente lunga, la macchina continuerebbe a muoversi a quella velocità per sempre.

Seconda legge di Newton: cos'è la forza?

La seconda legge di Newton definisce il concetto di forza. Afferma che la forza applicata ad un oggetto è uguale alla sua massa moltiplicata per l'accelerazione che la forza causa. Nei simboli, questo è:

F = ma

L'unità di forza è il Newton - per riconoscere la persona che lo ha definito - che è un modo stenografico per dire chilogrammo al secondo al quadrato (kg m /s ^{2). Se hai una massa di 1 kg e vuoi accelerarla di 1 m /s ogni secondo, devi applicare una forza di 1 N.}

Scrivere la legge di Newton nel modo seguente aiuta a chiarire il collegamento tra forza e movimento:

a = F ÷ m

L'accelerazione, a sinistra, ci dice quanto qualcosa si sta muovendo. Il lato destro mostra che una forza più grande porta a più movimento, se la massa dell'oggetto è la stessa. Se viene applicata una forza specifica, questa equazione mostra anche che la quantità di accelerazione dipende dalla massa che si sta tentando di spostare. Un oggetto più grande e pesante si muove meno di un oggetto più piccolo e più leggero sottoposto alla stessa misura. Se calci un pallone da calcio, si muoverà molto di più di quanto tu non possa calciare una palla da bowling con la stessa forza.