2.運動の法則
物体に力が全く作用していないか、作用していても合力が0の場合、物体はその運動状態を変えない。すなわち、物体が静止していたらそのまま静止状態を保ち、また運動している場合にはそのまま等速度で運動を続ける。これを慣性の法則という。
質量mの物体に力Fが作用する場合、物体は力の方向に加速度運動をする。このときの加速度αは力Fに比例し、質量mに反比例する。そして、比例定数が1となるように力の単位を選べば、
F=mα (1)
の関係が成り立つ。式(1)は加速度の代わりに、速度v(t)の時間微分あるいは位置r(t)の時間に関する二階微分を用いて
(2)
または、
(2’)
と表すことも出来る。式(2)あるいは式(2’)はNewton(ニュートン)の運動方程式とよばれ、力Fが与えられると、その力のもとで運動する物体の速度v(t)と位置r(t)が、この微分方程式を解くことにより求められることを示している。
式(1)において、1kgの質量の物体に1m/s2の加速度を生じさせる力の大きさを1N(ニュートン)という。すなわち、1N=1kg・m/s2である。また、質量1gの物体に1cm/s2の加速度を生じさせる力の大きさを1dyn(ダイン)という。
人が壁を押すと、人は逆に壁から力を受ける。このように、人が壁を押す(作用)に対しては必ず、壁が人を押し返す(反作用)が生じる。これを作用・反作用の法則という。作用と反作用は同一直線上にあり、大きさが等しく逆向きの力である。
これら
(1)慣性の法則
(2)Newton(ニュートン)の運動方程式
(3)作用反作用の法則
を運動の3法則といい、力と運動を考える上での基本法則である。