กฎของนิวตันน

กฎของนวิ ตัน (Newton’s laws) เซอร์ ไอแซค นิวตนั (Sir Isaac Newton)เป็นนักคณติ ศาสตรช์ าวอังกฤษ ถอื กำเนิดใน ปี ค.ศ.1642นิวตันสนใจดาราศาสตร์และประดิษฐก์ ล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสง (Reflectingtelescope) ขน้ึ โดยใช้โลหะเงาเว้าในการรวมแสง แทนการใช้เลนส์เช่นในกลอ้ งโทรทรรศน์ชนดิหกั เหแสง (Refracting telescope) นวิ ตนั ติดใจในปรศิ นาทว่ี า่แรงอะไรทำใหผ้ ลแอปเปลิ ตกสู่พื้นดนิ และตรงึ ดวงจันทรไ์ วก้ ับโลกและสง่ิ นีเ้ องท่ีนำเขาไปส่กู ารคน้ พบกฎที่สำคญั 3 ข้อ ภาพท่ี 1 เซอรไ์ อแซค นิวตัน กฎข้อที่ 1 กฎของความเฉอ่ื ย (Inertia) \"วตั ถุทห่ี ยุดน่ิงจะพยายามหยดุ น่ิงอยกู่ บั ท่ี ตราบท่ไี ม่มแี รงภายนอกมากระทำ สว่ นวัตถทุ ี่เคลอื่ นทจ่ี ะเคล่อื นที่เป็นเส้นตรงด้วยความเรว็ คงท่ี ตราบทีไ่ มม่ ีแรงภายนอกมากระทำเช่นกัน\" ตวั อย่าง: ขณะทร่ี ถติดสญั ญาณไฟแดง ตวั เราหยุดนิง่ อยู่กับที่ • แตเ่ มื่อสัญญาณไฟแดงเปลี่ยนเป็นไฟเขยี วเม่ือคนขับเหยียบคนั เรง่ ให้รถเคล่อื นท่ไี ปขา้ งหนา้แตต่ วั ของเราจะพยายามคงสภาพหยดุ นงิ่ ไว้ ผลคอืหลงั ของเราจะถกู ผลกั ตดิ กับเบาะ ขณะทรี่ ถเกิดความเรง่ ไปขา้ งหน้า

• ในทำนองกลบั กนั เมื่อสญั ญาณไฟเขยี วเปลี่ยนเปน็ ไฟแดงคนขบั รถเหยียบเบรคเพ่ือจะหยุดรถตัวเราซ่ึงเคยเคลอ่ื นทด่ี ว้ ยความเร็วพรอ้ มกับรถ ทันใดเม่ือรถหยดุตัวเราจะถูกผลกั มาข้างหนา้ ภาพท่ี 2 การเคลือ่ นท่ใี นอวกาศ นิวตันอธิบายวา่ ในอวกาศไม่มีอากาศดาวเคราะหจ์ ึงเคล่ือนทีโ่ ดยปราศจากความฝดื โดยมคี วามเร็วคงท่ีและมที ิศทางเปน็ เสน้ ตรง เขาใหค้ วามคดิ เห็นวา่การทด่ี าวเคราะหโ์ คจรเป็นรูปวงรีนน้ัเป็นเพราะมีแรงภายนอกมากระทำ (แรงโน้มถ่วงจากดวงอาทติ ย์)นิวตันต้งั ข้อสงั เกตว่า แรงโนม้ ถ่วงทที่ ำใหแ้ อปเปลิ ตกสู่พื้นดนิ น้นัเปน็ แรงเดียวกันกบั แรงทต่ี รงึ ดวงจนั ทรไ์ วก้ บั โลกหากปราศจากซง่ึ แรงโน้มถ่วงของโลกแล้วดวงจันทร์กค็ งจะเคล่ือนทีเ่ ปน็ เสน้ ตรงผ่านโลกไป กฎข้อท่ี 2 กฎของแรง (Force) “ความเร่งของวัตถจุ ะแปรผันตามแรงท่ีกระทำต่อวัตถุ แตจ่ ะแปรผกผันกบั มวลของวตั ถ”ุ • ถ้าเราผลักวัตถใุ ห้แรงขึ้นความเร่งของวตั ถุกจ็ ะมากขึ้นตามไปด้วย • ถ้าเราออกแรงเทา่ ๆ กนั

ผลักวัตถุสองชนิดซึง่ มมี วลไมเ่ ทา่ กัน วตั ถทุ ี่มีมวลมากจะเคลื่อนทด่ี ้วยความเรง่ น้อยกวา่ วตั ถุท่มี ีมวลน้อยความเรง่ ของวัตถุ = แรงท่กี ระทำต่อวตั ถุ / มวลของวัตถุ (หรอื a =F/m) ตวั อยา่ ง: เมอ่ื เราออกแรงเท่ากันเพือ่ ผลักรถให้เคล่อื นที่ไปข้างหนา้รถทไ่ี มบ่ รรทกุ ของจะเคลือ่ นท่ดี ว้ ยความเร่งมากกวา่ รถทีบ่ รรทกุ ของ ภาพที่ 3 ความเรง่ แปรผกผนั กับมวล ในเรือ่ งดาราศาสตร์ นิวตันอธบิ ายว่าดาวเคราะหแ์ ละดวงอาทติ ย์ต่างโคจรรอบกนั และกันโดยมจี ดุ ศนู ย์กลางร่วมแต่เนื่องจากดวงอาทติ ย์มีมวลมากกว่าดาวเคราะหห์ ลายแสนเทา่เราจึงมองเห็นว่าดาวเคราะห์เคล่อื นทไ่ี ปดว้ ยความเร่งทม่ี ากกว่าดวงอาทติ ย์และมจี ุดศูนย์กลางรว่ มอย่ภู ายในตัวดวงอาทติ ยเ์ อง ดังเชน่การหมนุ ลูกตมุ้ ดมั เบลสองข้างท่ีมมี วลไม่เท่ากัน ในภาพท่ี 4

ภาพที่ 4 การหมุนรอบจดุ ศนู ยก์ ลางมวล กฎข้อท่ี 3 กฎของแรงปฏกิ ิรยิ า “แรงทวี่ ัตถทุ ีห่ น่งึ กระทำต่อวตั ถุทีส่ อง ยอ่ มเท่ากบั แรงทวี่ ตั ถทุ ี่สองกระทำต่อวตั ถุท่ีหนง่ึ แตท่ ศิ ทางตรงข้ามกนั ” (Action = Reaction) หากเราออกแรงถีบยานอวกาศในอวกาศทัง้ ตวั เราและยานอวกาศตา่ งเคล่อื นทอี่ อกจากกัน (แรงกรยิ า =แรงปฏิกิริยา)แต่ตัวเราจะเคลอื่ นทีด่ ว้ ยความเรง่ ที่มากกวา่ ยานอวกาศ

ทั้งน้เี นื่องจากตัวเรามมี วลน้อยกว่ายานอวกาศ (กฎขอ้ ที่ 2)ดังภาพที่ 6 ภาพที่ 6 การเคลือ่ นท่ีในอวกาศ นิวตนั อธบิ ายวา่ขณะท่ีดวงอาทติ ยม์ ีแรงกระทำต่อดาวเคราะห์ดาวเคราะหก์ ็มแี รงกระทำต่อดวงอาทิตย์ในปริมาณทเี่ ท่ากันแต่มที ิศทางตรงกนั ข้าม และนนั่ คือแรงดึงดูดรว่ ม