Wetten van Newton
De wetten van Newton zijn drie bekende wetten uit de natuurkunde. Een wet betekent in de natuurkunde dat iets zo is. De wetten zijn vernoemd naar de Britse natuurkundige Isaac Newton, die in 1687 de wetten opschreef in het boek Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. De drie wetten zijn het bekendste werk van Newton. Door de drie wetten ontstond zelfs een nieuwe tak in de natuurkunde, de klassieke mechanica.
Alle drie de wetten hebben iets te maken met kracht. Hierbij komen ook beweging en evenwicht kijken. Bij elke wet wordt hieronder als eerste de regel weergeven, zoals deze in de natuurkunde wordt gebruikt. Daaronder volgt uitleg wat dit precies betekent. De wetten zijn zo belangrijk omdat ze alle bewegingen in het heelal verklaren, van het kleinste stofje in de wind tot planeten die om de zon draaien.
De eerste wet
Een voorwerp waarop geen resulterende kracht werkt, is in rust of beweegt zich rechtlijnig met constante snelheid voort.
Wat het simpel gezegd betekend is dat een voorwerp of stil kan staan, of in (onveranderlijke) beweging zijn.
Een voorwerp is alles wat denkbaar is in ons universum. Dit kan van alles zijn, bijv. een zandkorrel, een auto, een wolkenkrabber of de zon. Op zo'n voorwerp kunnen verschillende krachten worden uitgeoefend, denk aan zwaartekracht, wind, duwen, een motor, etc etc. Al deze krachten samengebundeld wordt de resulterende kracht genoemd. Stel: een marshmallow ligt op een rooster met daaronder een ventilator die uit staat. De zwaartekracht duwt de marshmallow omlaag tegen het rooster. Nu zetten we de ventilator aan en de blaast wind naar boven. Zolang de kracht van de wind kleiner is dan de zwaartekracht, dan blijft de marshmallow op het rooster liggen, maar als de kracht van de wind groter wordt dan de zwaartekracht, dan vliegt de marshmallow omhoog. Het grappige is dat als beide krachten even groot zijn, de marshmallow blijft zweven.
Als er geen resulterende kracht is op een voorwerp kan het voorwerp zich in twee toestanden bevinden. Als eerste kan een voorwerp in rust verkeren, oftewel stilstaan, het beweegt in het geheel niet. Ten tweede kan een voorwerp bewegen. Dit gebeurt dan in een rechte lijn met een snelheid die steeds gelijk is (die constant is). Zolang er geen kracht is die hem afremt, blijft hij dus met dezelfde snelheid in dezelfde richting gaan. Daarom hoef je in de ruimte een raket maar even aan te zetten. Zodra je de maximale snelheid hebt bereikt kun je de motor weer uitzetten en blijft de raket altijd in dezelfde richting en met dezelfde snelheid bewegen. In de ruimte is namelijk onder andere geen lucht die een tegenwerkende kracht geeft.
Wat betekent deze wet nou eigenlijk? De eerste wet laat zien dat er niet altijd kracht nodig is voor beweging. Kracht is alleen nodig om te remmen, om sneller te gaan of om van richting te veranderen. We moeten daarbij bedenken dat op aarde we altijd last hebben van de zwaartekracht en dat de lucht ons altijd afremt. Beweeg je hand maar eens heel snel (of uit de auto), dan voel je een de kracht van de lucht (lijkt op wind). En als je springt val je vanzelf weer op de grond.
De tweede wet
De verandering van de snelheid is recht evenredig met de resulterende kracht en volgt de rechte lijn waarin de kracht werkt.
Wat het simpelweg betekend is dat een voorwerp door het uitoefenen van een kracht van snelheid verandert.
Wat gebeurt er dan als er wel een resulterende kracht op een voorwerp drukt? Inderdaad, de snelheid verandert. Het voorwerp kan vertragen of versnellen afhankelijk of de kracht mee of tegenwerkt. Recht evenredig betekent dat als het één (kracht) toeneemt, dan doet het ander (snelheid) dit ook. De toename is dan ook even groot. Als de resulterende kracht met 10% toeneemt, dan doet de snelheid dit ook. Het voorwerp verplaats zich ook met de kracht mee. Als de kracht naar links beweegt, doet het voorwerp dit ook.
Bij deze wet hoort ook een formule: F = m x a. F staat voor kracht (van het Engelse Force), m staat voor massa (niet te verwarren met gewicht) en a voor de versnelling. Zo zie je dat voor kracht twee dingen nodig zijn versnelling en massa. Maar ook dat voor versnelling (als je a wilt weten ipv van F volgt uit F=m x a dat a=F/m) van een voorwerp kracht nodig hebt. Denk aan een vrachtwagen en een fiets. Een vrachtwagen heeft een grote massa en een fiets een (relatief) kleine massa. Dat betekend dat om een vrachtwagen te laten versnellen je een grote kracht nodig hebt. Terwijl een fiets een kleine massa heeft en je dus veel minder kracht nodig hebt om de te laten bewegen. Een vrachtwagen heeft dus een sterke motor nodig, een fiets kun je met je eigen kracht voortbewegen. Andersom geldt het ook, om een vrachtwagen af te laten remmen (versnelling a is dan negatief) heb je veel kracht nodig, terwijl je met een fiets zo stil staat. Probeer dit met een lego wagentje. Zet twee lijnen op de grond, zorg dat je het wagentje in ongeveer 1 seconde van de ene lijn naar de andere brengt. Laat het wagentje los en kijk hoe ver hij komt. Doe nu iets zwaars in het wagentje, bijvoorbeeld knikkers. Zorg weer dat hij in ongeveer 1 seconde van de ene lijn naar de andere brengt (merk je dat je nu meer kracht nodig hebt?), de bedoeling is dat het wagentje als je het loslaat ongeveer dezelfde snelheid heeft als de eerste keer, en kijk nu hoe ver het wagentje komt. Je zult zien dat het verder is. De versnelling (of beter afremming) is nu kleiner want a = F/m: F is hetzelfde gebleven maar m is groter geworden dus het resultaat is kleiner.
De derde wet
Actie is reactie.
Misschien is dit wel het bekendste zinnetje uit de natuurkunde. Wat zegt de wet dan eigenlijk? Stel je hebt twee voorwerpen. Als het ene voorwerp kracht uitoefent op de ander, zal het andere voorwerp een even grote kracht uitoefenen op de ander. Je kan dus eigenlijk zeggen dat kracht altijd in paren voorkomt. De kracht op het ene voorwerp is immers even groot als op het andere voorwerp. De actie is het uitoefenen van kracht op het ene voorwerp en de reactie is dat het andere voorwerp weer kracht uitoefent op het andere voorwerp. De kracht wordt echter niet groter! Denk daarbij aan een man die aan een veer trekt die aan de muur is bevestigd. De man trekt aan de veer met een bepaalde kracht. Daardoor zal de veer met dezelfde kracht terugtrekken. Ook een raket is een goed voorbeeld. De raket stoot gassen uit zijn uitlaat, doordoor ondervind de raket dezelfde kracht waardoor hij beweegt (de gassen de ene kant op, de raket de andere kant op). Hoe harder je de gassen naar buiten stuwt, hoe harder de raket zal gaan. Dit kun je vergelijken met een ballon. Blaas hem op en laat hem los. De lucht die uit de ballon stroomt door het gaatje duwt de ballon vooruit en dus vliegt hij weg. Een ballon lijkt wat dat betreft dan op een raket!