แรงและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันทั้งสามข้อเชื่อมโยงแรงที่กระทำต่อวัตถุเข้ากับการเคลื่อนที่ของมัน เป็นรากฐานของกลศาสตร์แบบคลาสสิกเกือบทั้งหมด
กฎข้อที่ 1: กฎความเฉื่อย
วัตถุจะรักษาสภาพนิ่งอยู่กับที่ หรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงตัวเป็นเส้นตรง ตราบใดที่ไม่มีแรงลัพธ์ภายนอกมากระทำ
กฎข้อนี้นิยาม "กรอบอ้างอิงเฉื่อย" และอธิบายว่าเหตุใดวัตถุถึงไม่เปลี่ยนสภาพการเคลื่อนที่เองโดยไม่มีสาเหตุ — สิ่งที่ต้องอธิบายไม่ใช่การเคลื่อนที่คงตัว แต่คือการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่
กฎข้อที่ 2: F = ma
แรงลัพธ์ที่กระทำต่อวัตถุเท่ากับมวลคูณความเร่ง (F_net = ma) ความเร่งที่ได้จะมีทิศทางเดียวกับแรงลัพธ์เสมอ
เมื่อมีแรงหลายแรงกระทำต่อวัตถุพร้อมกัน ต้องรวมแรงแบบเวกเตอร์ก่อน (แตกแรงเป็นแนวแกน x, y แล้วรวมทีละแกน) จึงจะได้แรงลัพธ์ที่ใช้หาความเร่งได้ถูกต้อง
กฎข้อที่ 3: แรงกิริยา–ปฏิกิริยา
ทุกแรงที่วัตถุ A กระทำต่อวัตถุ B จะมีแรงขนาดเท่ากันแต่ทิศตรงข้ามที่วัตถุ B กระทำต่อวัตถุ A เสมอ
แรงคู่กิริยา–ปฏิกิริยากระทำกันคนละวัตถุเสมอ จึงไม่หักล้างกันเอง (ต่างจากแรงลัพธ์ในกฎข้อที่ 2 ซึ่งกระทำที่วัตถุเดียวกัน)
แรงเสียดทาน
แรงเสียดทานต้านการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างผิวสัมผัสสองผิว มีค่าประมาณ f = μN โดย N คือแรงปกติและ μ คือสัมประสิทธิ์ความเสียดทาน
แรงเสียดทานสถิต (วัตถุยังไม่เคลื่อนที่) มีค่าสูงสุดมากกว่าแรงเสียดทานจลน์ (วัตถุกำลังเคลื่อนที่อยู่) เล็กน้อยเสมอ — จึงต้องออกแรงมากกว่าเพื่อเริ่มขยับวัตถุ เทียบกับแรงที่ใช้ประคองให้มันเคลื่อนที่ต่อ
แรงบนพื้นเอียง
เมื่อวัตถุอยู่บนพื้นเอียงทำมุม θ กับแนวราบ ให้แตกน้ำหนัก mg ออกเป็นสองแนว: mg sinθ ตามแนวพื้นเอียง (ดึงวัตถุลง) และ mg cosθ ตั้งฉากกับพื้นเอียง (สมดุลกับแรงปกติ N)
ถ้าไม่มีแรงเสียดทาน ความเร่งของวัตถุที่ไถลลงตามพื้นเอียงคือ a = g sinθ — ไม่ขึ้นกับมวลของวัตถุเลย
- กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน
- F_net = ma
- แรงเสียดทาน
- f = μN
- น้ำหนัก
- w = mg
- ความเร่งบนพื้นเอียง (ไม่มีแรงเสียดทาน)
- a = g sin θ
- แรงปกติ N
- 17.0 N
- แรงเสียดทาน f
- 3.4 N
- ความเร่ง a
- 3.20 m/s²
- สถานะ
- ไถล