ニュートン運動法則3つを理解する

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第1法則 - 慣性の法則
外部から力が作用しなければ、静止している物体は静止し続け、動いている物体は同じ速度で直線運動を続けようとする性質を慣性といいます。バスが急に発進すると体が後ろに傾き、急停車すると前に傾くのも、体が元の運動状態をそのまま維持しようとする慣性のためです。
第2法則 - 加速度の法則(F=ma)
物体に力を加えると加速度が生じますが、このとき加速度の大きさは力の大きさに比例し、質量に反比例します。これを式で表すとF=ma(力=質量×加速度)であり、同じ力を加えても軽いボールは速く加速し、重い石は相対的にゆっくり加速する理由を説明してくれます。
第3法則 - 作用・反作用の法則
ある物体が別の物体に力(作用)を加えると、その物体も同時に大きさが等しく方向が反対の力(反作用)を受け取ります。ロケットが燃料を下に噴射する力の反作用で上に飛び上がること、オールを水の後ろ側にこぐと船が前に進むことは、すべて作用・反作用の例です。
ニュートンが法則を発表した時期
アイザック・ニュートンは1687年に出版した著書『自然哲学の数学的諸原理』(通称プリンキピア)で、この3つの運動法則と万有引力の法則を体系的にまとめて発表しました。この本はその後、古典力学の基礎をなし、200年以上物理学の標準理論として位置づけられました。
慣性の法則の実生活での例
自動車のシートベルトは急停車時に体が慣性によって前に進み続けようとするのを防ぐ装置であり、テーブルクロスを素早く引っ張ってもその上の食器がそのまま残るマジックも、食器の慣性が短時間の間に大きな力をほとんど受けないために起こる現象です。
加速度の法則の実生活での例
同じ力でショッピングカートを押すとき、空のカートは速く加速しますが、荷物をいっぱい積んだ重いカートははるかにゆっくり加速します。これは質量が大きいほど同じ力に対して加速度が小さくなるというF=maの公式をそのまま示す例です。

ニュートン運動法則が重要な理由

ニュートンの3つの運動法則は、物体がなぜ、どのように動くのかを説明する古典力学の骨組みです。自動車の動きからロケットの発射原理まで、私たちの周りのほとんどすべての運動現象を、この3つの法則だけでかなりの部分説明できます。

力が作り出す運動は結局エネルギーにつながる

物体に力を加えて動かすことは、すなわちエネルギーを伝える過程でもあります。位置エネルギーと運動エネルギーが互いにどう変換されるかは、エネルギー保存法則を理解するで確認してみてください。

よくある質問

第1法則は第2法則の特殊な場合ではないのですか?

その通りです。F=maで力(F)が0であれば加速度(a)も0になり、物体は一定の速度(静止を含む)を維持しますが、これがまさに第1法則(慣性の法則)の内容です。ただしニュートンは、力がないときも運動状態が維持されるという概念自体を、別の法則として明示しました。

作用・反作用は力が互いに打ち消し合うのではないのですか?

いいえ。作用力と反作用力は大きさが等しく方向が反対ですが、互いに異なる物体に作用するため打ち消し合いません。例えば人が壁を押すとき、壁は人を同じ力で押し返しますが、二つの力はそれぞれ壁と人という異なる物体に作用します。