Trzy najważniejsze teorie Newtona

Zestaw trzech zasad dynamiki, podany przez angielskiego fizyka Izaaka Newtona był odkryciem o niezwykłym znaczeniu dla rozwoju całej ludzkości. Właściwie trudno jest znaleźć jakikolwiek inny wynalazek, teorię, wydarzenie o porównywalnym znaczeniu. Dzięki tym prostym trzem zasadom powstała niemal cała klasyczna mechanika i technika - a w konsekwencji cały wspaniały świat w jakim żyjemy aktualnie. Bo właśnie dzięki nim większość zjawisk z obserwowanego wokół nas świata stało się wreszcie zrozumiała. Zasady dynamiki są trzy, jednak trudno mówić o nich oddzielnie. Żadna z nich nie ma sensu, gdyby ją rozpatrywać osobno. To, że zostały tak „ponumerowane” wcale nie oznacza, że powinno się ich uczyć po kolei. W rzeczywistości I i II zasada są pewną całością i powinny być rozpatrywane razem, a III zasada jest pewnym dodatkiem, który ukazuje głębszy sens pojęcia siły oraz daje wskazówki jak stosować II zasadę w większości sytuacji. Zasady dynamiki posługują się pojęciem siły. Pojęcie to jest kluczem do wszystkich trzech zasad. Lub inaczej - można by powiedzieć, że zastosowanie tego pojęcia jest osią wokół której kręci się cała konstrukcja. Trudna konstrukcja. Bo pełne zrozumienie zasad dynamiki Newtona jest naprawdę trudne. Ktoś, komu się to uda w pełni może uważać się za osobę o dużej inteligencji i wyobraźni. Zasady dynamiki zostały podane po raz pierwszy w największym dziele Izaaka Newtona - słynnym Philosophiae naturalis principia mathematica ("Matematyczne podstawy filozofii przyrody") opublikowanym w roku 1687. Dzięki sformułowaniu owych 3 zasad powstała nowoczesna fizyka. Nagle okazało się, że prawie wszystko co nas otacza daje się sprowadzić do pewnych uniwersalnych praw, daje się zrozumieć. Bez przesady można powiedzieć, że Newton jest w pewnym sensie twórcą dzisiejszego kształtu europejskiej cywilizacji.
I zasada dynamiki (zasada bezwładności):

Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub działające siły równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym (po prostej ze stałą prędkością).
W wersji oryginalnej:
Każde ciało trwa w swym stanie spoczynku lub ruchu prostoliniowego jednostajnego, jeżeli siły przyłożone nie zmuszą ciała do zmiany tego stanu.
O takim ruchu mówimy czasem jako o ruchu swobodnym.
Wybierzmy ciało spełniające założenia pierwszej zasady dynamiki i odnieśmy (ciało jest układem odniesienia) ruch innego ciała, na które też nie działa żadna siła wówczas ciało to spoczywa lub porusza się po linii prostej ruchem jednostajnym względem wybranego ciała (układu odniesienia). Takie układy odniesienia nazywamy układami inercjalnymi.
Dlatego pierwsza zasada dynamiki jest traktowana jako postulat istnienia inercjalnego układu odniesienia i jest formułowana:
Istnieje układ odniesienia, w którym ciało nie podlegające oddziaływaniom zewnętrznym spoczywa lub porusza się po prostej ze stałą prędkością. Jeżeli istnieje jeden inercjalny układ odniesienia, to istnieje ich nieskończenie wiele. Układy inercjalne spoczywają lub poruszają się względem siebie po linii prostej ze stałą prędkością. Wyżej opisany sposób zamiany opisu ruchu z jednego układu odniesienia do innego w mechanice klasycznej nazywany jest transformacją Galileusza.

II zasada dynamiki:

W wersji zwanej uogólnioną (uogólniona druga zasada dynamiki), obowiązuje dla ciała o zmiennej masie np. w mechanice relatywistycznej:
Zmiana pędu ciała jest proporcjonalna do działającej siły wypadkowej.

Przy prędkościach, w których nie występują efekty relatywistyczne czyli dla ciała nie zmieniającego masy w wyniku zmian prędkości, zasadę tę można wyrazić w wersji uproszczonej (ta wersja funkcjonuje na wstępnych etapach nauczania fizyki):
Przyspieszenie z jakim porusza się ciało jest proporcjonalne do działającej siły i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała. Kierunek i zwrot przyspieszenia jest zgodny z kierunkiem i zwrotem siły.

Sformułowanie oryginalne:
’’Zmiana ruchu jest proporcjonalna do przyłożonej siły poruszającej i odbywa się w kierunku prostej, wzdłuż której siła jest przyłożona.’’

III zasada dynamiki:

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja), to B działa na A siłą (reakcja) o tej samej wartości i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie.
W wersji skróconej:
Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i przeciwnie skierowana.
W wersji oryginalnej:
Względem każdego działania istnieje przeciwdziałanie skierowane przeciwnie i równe, to jest wzajemne działania dwóch ciał są zawsze równe sobie i skierowane przeciwnie.
III Zasada dynamiki słuszna tylko w mechanice nierelatywistycznej zwana jest zasadą akcji i reakcji. Zasada ta zakłada, że siły rozchodzą się w przestrzeni z nieskończoną prędkością. Doświadczenia wskazują, że wszystkie siły rozchodzą się ze skończoną prędkością nie przewyższającą prędkości światła.

Zgodnie ze współczesnymi poglądami w zasadach dynamiki należy rozumieć: ciało – punkt materialny, ruch – ruch względem układu odniesienia będącego układem inercjalnym.
Zasady dynamiki mają swoje wersje także dla ruchu obrotowego (punktu i bryły) oraz mogą być stosowane w układach nieinercyjnych po uwzględnieniu sił bezwładności.