導入
ニュートンの運動法則は、実際、物体の運動に関するニュートンの偉大な理論の基礎となる原理であり、この理論は今日ではニュートン力学、または古典力学とさえ呼ばれています。ニュートンは、特に運動の相対性原理に基づいたこれらの一般的な運動法則に万有引力の法則を追加し、物体の落下と地球の周りの月の動きの両方を解釈できるようにしました。
ニュートンの第一法則または慣性原理
声明
運動の第一法則の元の記述は次のとおりです。
「あらゆる物体は、何らかの力が作用して状態を変えようとしない限り、静止状態、またはその状態で直線的に均一に運動する状態を維持します。 »
現代の法則の定式化では、均一な直線運動について話し、（単一の）力の概念を、より一般的な、身体に加えられる力の合力の概念に置き換えます。言い換えれば、物体に力が及ばない場合 (孤立した物体)、または物体に加えられた力 (または合力) の合計がゼロベクトルに等しい場合 (孤立した擬似物体)、方向と速度のノルムは変化しません。つまり、加速度はゼロになります。この第一法則は、移動定数の速度を維持するにはそれに力を加える必要があるというアリストテレスから受け継いだ概念を無効にします。
ニュートンは著書の中でそれを特定しませんでしたが、この法則はガリレオの参照枠内でのみ有効です。したがって、ニュートンの第一法則は、より現代的な言葉で再定式化できます。
「ガリレオ座標系では、システムに作用する力ベクトルの合計がゼロ ベクトルである場合に限り、システムの慣性中心の速度ベクトルは一定になります。 »
ガリレオ座標系の問題
ガリレオ座標系の定義は基本的なものであり、多くの場合次のように定式化されます。
「ガリレオ座標系とは、ニュートンの第一法則が検証される座標系です。 »
つまり、ニュートンの第一法則はガリレオ座標系にのみ適用され、ガリレオ座標系はニュートンの第一法則が適用される座標系である…ということは、循環的な定義のように思えます。この問題を回避するには、慣性の原理を次のように書き換えます。
適切なガリレイ基準系の決定は実際には実験的なものであり、物理学の場合によくあることですが、理論 (ここではニュートンの第一法則) と測定 (均一直線運動) の間の一貫性のみがその選択を事後的に検証します。
ニュートンの第三法則または相互作用の原理
- 「物体 A が物体 B に力を加えると、物体 B によって同じ方向で反対方向に同じ強さの力が加えられます。」
A と B は相互作用する2 つの物体であり、力は
- $$ {\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{A/B}} = -\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{B/A}}} $$
点力学の場合、第 3 法則では次のことも規定されています。
- $$ {\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{A/B}} +\vec{\mathrm{F}}_{\mathrm{B/A}} = \vec{0}} $$: 相互作用力は、粒子の位置を結ぶ線によって伝わります。
これらの力は同じ作用線、反対方向、同じ基準を持っています。 A と B が静止しているか移動しているかにかかわらず、これら 2 つの力は常に直接対立します。
この法則は「作用反作用の法則」と呼ばれることもありますが、この定式化は良く言えば不正確で、悪く言えば大きな混乱を引き起こします。特に、この古い公式は、「原因」である力 (作用) が常に 1 つ存在し、もう 1 つは一種の結果 (反応) にすぎないという考えを伝えています。
学生が遭遇するもう 1 つの困難は、これら 2 つの力を忘れてしまうことです。
相互作用の法則には、力の適用が瞬間的であると想定されるという欠点があります (これは特殊相対性理論では放棄されています)。遠隔の力の場合、場合によっては伝播遅延を考慮して変換を実行する必要があります。
この修正は相対性理論とは関係ありません。電磁力は離れた場所で作用するため、これらの力は無限の速度ではなく光の速度で伝播することが実証され、特殊相対性理論の革命の前に方程式にこのニュアンスが含まれていました。