Erkendelser: Newtons love

Newtons love har givet os en fundamental forståelse for bevægelse og hvorfor vi f.eks. kan sende en rumfærge i kredsløb omkring Jorden (Foto: NASA Johns Space Center )

I årtusinder har mennesket set månen kredse om jorden - og jorden og de andre planeter kredse om solen - præcist som efter et urværk. Så præcist, at astronomer i almanakker f.eks. kan forudse sol- og måneformørkelser langt ud i fremtiden.

Fysisk lov
Det er fysikkens allerstørste erkendelse, at disse og mange andre eksempler på fysisk bevægelse ikke bare må tages til efterretning, men at de følger en fysisk lov - under de givne omstændigheder kan de ikke andet.

Den engelske naturvidenskabsmand Isaac Newton (1642-1727) opstillede i sit hovedværk 'Philosophiae Naturalis Principia Mathematica' (ofte blot betegnet Principia) i 1687 mekanikkens bevægelseslove, sammenfattet i det følgende i den matematiske formel, der bærer navnet 'Newton's 2. lov': kraften på et legeme er lig med dets masse ganget med dets acceleration (matematisk udtrykt som F=m∙a).

Denne formel udgør det teoretiske grundlag for hele den klassiske mekanik og beskriver en lang række dagligdags såvel som meget tekniske og avancerede fysiske sammenhænge. 

Kendt formel
Newtons 2. lov er pensum på mange uddannelsesniveauer og derfor en matematisk formel, som er kendt af mange. Det er vigtigt at slå fast, at formlen ikke betyder, at kraft er det samme som masse ganget med acceleration. Nej, det betyder, at to vidt forskellige fysiske begreber kan sættes på tal, og at de fremkomne størrelser opfylder denne ligning.

Kraft kan f.eks. illustreres ved en sammentrykket fjeder, der kan udøve en kraft og trække i eller skubbe til et legeme. Det kan også være en magnet, der tiltrækker jern.

Eller det kan være tyngdekraften, som vi alle er påvirket af eller den vindmodstand, vi mærker, når vi cykler.

Samme fænomen
Uanset deres forskellige oprindelse kan de forskellige kræfter behandles som et og samme fysiske fænomen og tillægges talværdier efter deres retning og styrke.

Masse, eller vægt, angives i dag videnskabeligt - og i dagligdagen i de fleste europæiske lande - i enheden kilogram (eller blot kilo), som betegner et tusind gram. Tyngdekraften på jorden gør, at masse simpelt kan vejes med f.eks. en køkkenvægt

Accelerationen er et mål for, hvor hurtigt, hastighed ændres. På samme måde som man kan bevæge sig med varierende hastighed, kan man også have en varierende acceleration. En præcis definition af accelerationen på et givet tidspunkt fås ved at undersøge, hvordan hastigheden ændrer sig i løbet af et ganske kort tidsrum og dividere med dette tidsrum.

Newton indså betydningen af en præcis definition, hvor man lader det omtalte tidsrum blive uendeligt kort. Hermed gav han anledning til en ny matematisk operation, differentiationen, som i dag danner grundlag for differentialregningen, en af matematikkens store discipliner med vidt forgrenede anvendelser.
 

Denne artikel er en forkortet udgave af artiklen Newtons love (pdf) skrevet af Klaus Mølmer, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet til magasinet Aktuel Naturvidenskab.