Newtoni seadused
Newtoni kolm seadust moodustavad klassikalise dünaamika aluse. Üldkujul on teine seadus ΣF⃗ = d p⃗/dt ja püsiva massi korral ΣF⃗ = m a⃗. Kiirenduse määrab valitud kehale mõjuvate välisjõudude resultant, mitte üksik jõud eraldi.
Visuaalne mudel
Skeem on mõtteline; mõõtkavad ei ole sõnasõnalised.
Interaktiivne arvutus
Esimene seadus ja inerts
Kui välisjõudude resultant on null, jääb kiirus konstantseks. Paigalseis on lihtsalt juht v = 0. Esimene seadus määratleb inertsiaalsed taustsüsteemid ja näitab, et ühtlase liikumise säilitamiseks pole netojõudu vaja.
Iga rakenduse alguses tasub määratleda süsteem, alg- ja lõppolek ning ühikud. Mõõtmete kooskõla on tugev kontroll: liita saab ainult sama mõõtmega suurusi ning märgi valik peab vastama kokkulepitud füüsikalisele suunale. Nii saab vea avastada juba enne arvulise tulemuse hindamist.
Teine seadus komponentides
Vabakehadiagrammil kirjutatakse eraldi ΣFx = max ja ΣFy = may. Raskusjõul, toereaktsioonil, nööripingel ja hõõrdejõul on eri füüsiline päritolu. Ühik 1 N = 1 kg·m·s⁻².
Valem ei asenda füüsikalist mudelit. Enne arvude sisestamist tuleb kontrollida, millised muutujad on püsivad, millised vastastikmõjud kuuluvad süsteemi ja kas kasutatav suurus on skalaar või vektor. Matemaatiliselt korrektne tehe võib muidu kirjeldada valet füüsikalist olukorda.
Kolmas seadus
Kui A mõjub B-le jõuga, mõjub B A-le sama suure vastassuunalise jõuga. Need jõud ei taandu ühel vabakehadiagrammil, sest mõjuvad eri kehadele. Maa ja õun mõjutavad teineteist võrdsete jõududega, kuid nende kiirendused on väga erinevad.
Katsetes saadakse suurused lõpliku täpsusega mõõtmistest. Mõõteriista valik, kalibreerimine, soojus- või hõõrdekaod ja keskkonnatingimused mõjutavad tulemust. Rohkem komakohti kui lähteandmed õigustavad ei suurenda mõõtmise tegelikku informatsiooni.
Hõõre ja toereaktsioon
Staatiline hõõre kohaneb kuni ligikaudu μsN-ni ja liugehõõret modelleeritakse sageli μkN-ga. Toereaktsioon N ei võrdu alati mg-ga; kaldpinnal või kiirendavas liftis leitakse see täielikust jõubilansist.
Igal lihtsal mudelil on kehtivuspiirkond. Tasub küsida, milline eeldus laguneb esimesena väga suure rõhu, kiiruse, sügavuse, temperatuuri või amplituudi korral. Piiride kirjeldamine kuulub mudeli juurde sama loomulikult nagu põhivõrrandi kasutamine.
Mudeli piirid
Newtoni mehaanika töötab väga hästi makroskoopiliste kehade ja valguse kiirusest palju väiksemate kiiruste korral. Relativistlikel kiirustel vajame erirelatiivsusteooriat ja aatomiskaalal kvantmehaanikat.
Lõpuks kontrollitakse suurusjärku ja piirjuhtu. Kui mõni parameeter nullida või kahekordistada, peab ennustatud muutus sobima kirjeldatud mehhanismiga. Selline kontroll paljastab sageli vale märgi, ühiku või võrdelisuse enne keerukamat arvutust.
Ülesanded
Ülesanne 1
4,0 kg kehale mõjub 12 N resultant paremale. Leia a.
Lahendus: a = 3,0 m·s⁻² paremale.
Ülesanne 2
Raamat seisab laual. Kui suur on resultant?
Lahendus: Null; toereaktsioon tasakaalustab raskusjõu.
Ülesanne 3
Rakett paiskab gaasi taha. Mis on kolmanda seaduse vastasmõju?
Lahendus: Gaas mõjub raketile sama suure jõuga ettepoole.