Newtonovi zakoni
Trije Newtonovi zakoni tvorijo skladen opis gibanja v klasični mehaniki. Ključno je ločiti gibanje od njegove spremembe: telo ne potrebuje sile, da se giblje s stalno hitrostjo. Rezultantna sila je potrebna za spremembo vektorja hitrosti, torej za pospešek.
Prvi zakon določa inercialne sisteme
Če je rezultantna sila na telo enaka nič, njegova hitrost ostane konstantna: telo lahko miruje ali se giblje premo enakomerno. To je načelo vztrajnosti.
Prvi zakon tudi določa razred koordinatnih sistemov, v katerih imajo Newtonove enačbe preprosto obliko. V pospešenem sistemu moramo uvesti vztrajnostne sile ali uporabiti inercialni opis.
Drugi zakon je vektorska enačba
Za konstantno maso pišemo ΣF⃗ = ma⃗. Rezultantna sila in pospešek imata isto smer. Vsako os obravnavamo posebej: ΣF_x = ma_x, ΣF_y = ma_y itd.
Posamezne izbrane sile ne smemo enačiti z ma. Pospešek določa vsota vseh zunanjih sil na izbrano telo. Diagram sil naj vsebuje samo sile, ki delujejo na to telo.
Kalkulator drugega zakona
Tretji zakon povezuje dve različni telesi
Če A deluje na B s silo F⃗_AB, B deluje na A s silo F⃗_BA = −F⃗_AB. Sili sta enako veliki in nasprotno usmerjeni, vendar delujeta na različni telesi, zato se na enem diagramu ne izničita.
Teža knjige in normalna sila mize na knjigo nista par tretjega zakona. Partner teže je gravitacijska sila knjige na Zemljo, partner normalne sile pa sila knjige na mizo.
Masa, teža in normalna sila
Masa je mera vztrajnosti in v klasični mehaniki ni odvisna od kraja. Teža blizu Zemljine površine ima približno velikost mg in je gravitacijska sila na telo.
Normalna sila ni nujno enaka mg. Na klancu, v pospešujočem dvigalu ali pri dodatnem pritisku njena velikost sledi iz enačbe gibanja v smeri pravokotno na površino.
Trenje ni vedno μN
Statično trenje se prilagaja do mejne vrednosti f_s ≤ μ_sN. Če telo ne drsi, ne smemo samodejno pisati f_s = μ_sN. Kinetično trenje med drsenjem pogosto modeliramo kot f_k = μ_kN.
Smer trenja nasprotuje relativnemu zdrsu ali težnji po zdrsu na stiku, ne nujno smeri gibanja težišča.
Zanesljiv postopek reševanja
Najprej izberemo telo ali sistem, narišemo ločen diagram sil, določimo osi in zapišemo komponentne enačbe ΣF = ma. Številčne vrednosti vstavimo šele nato.
Rešitev preverimo z mejnimi primeri: ko rezultantna sila izgine, mora izginiti pospešek; ista sila na dvakrat večji masi da polovičen pospešek.
Rešeni primeri
1. Voziček
Rešitev
Rezultantna sila 12 N deluje na maso 3,0 kg. a = F/m = 4,0 m/s².
2. Ravnotežje
Rešitev
Če je ΣF⃗ = 0, je a⃗ = 0; telo se lahko še vedno giblje s stalno hitrostjo.
3. Tretji zakon
Rešitev
Sila pnevmatike na cesto in sila ceste na pnevmatiko tvorita par: sta enako veliki in nasprotni, vendar delujeta na različni telesi.