Newtons lover er grunnen til at du kastes framover når bussen bremser. Kroppen din vil fortsette med den farten den hadde, mens bussen senker farten under deg. De samme tre setningene forteller deg også hvor stor kraft et fly på 200 tonn trenger på rullebanen. I regneeksempelet vårt er akselerasjonen 5 m/s². Da trenger flyet en nettokraft på én million newton.
De tre lovene er kort oppsummert slik. Første lov, treghetsloven, sier at et legeme fortsetter i ro eller i bevegelse med konstant fart langs en rett linje så lenge summen av kreftene på det er null. Andre lov knytter kraft, masse og akselerasjon sammen i ΣF = m · a. Tredje lov sier at krefter alltid opptrer parvis: virker A på B, virker B like sterkt tilbake på A.
Under tar vi dem én for én, med regneeksempler og vanlige misforståelser fra Fysikk 1.
Første lov: hvorfor kastes du framover når bussen bremser?
Et legeme fortsetter i ro eller i konstant bevegelse langs en rett linje så lenge summen av kreftene på det er null. Sagt på en annen måte: ting endrer bevegelsestilstand bare når noe påvirker dem. Det må en kraft til.
Tilbake til bussen. Den kjører i jevn fart, sjåføren bremser hardt, og du kastes framover. Grunnen er at kroppen din vil fortsette med den farten den hadde. Bussen bremses kraftig av hjulene, mens kreftene som virker på deg er langt svakere.
Vær presis på ett punkt, for bussbildet er en forenkling. Det virker faktisk krefter på deg hele tiden: for eksempel friksjon fra gulvet eller setet. Poenget er at de kreftene er for små til å bremse deg like hardt som bussen bremses. Derfor faller farten din saktere enn bussens, og du beveger deg framover i forhold til bussen. Griper du håndtaket, blir kraften stor nok, og du følger bussen.
Det samme skjer motsatt vei når bussen setter i gang igjen. Da kastes du bakover, fordi kroppen din vil fortsette å stå stille mens bussen akselererer under føttene dine.
Legg merke til at første lov ikke erstatter andre lov. Første lov er det spesialtilfellet av ΣF = m · a der summen av kreftene er null, og dermed akselerasjonen er null. Du kan løse hele bussituasjonen med andre lov alene, hvis du kjenner kreftene.
Andre lov: ΣF = m · a
Summen av kreftene på et legeme er lik massen ganger akselerasjonen. Jo større masse, jo mer kraft skal det til for å oppnå samme akselerasjon.
Eksempel 1: finn kraften
Et fly med masse 200 000 kg skal akselerere med 5 m/s². Hvor stor må summen av kreftene være?
\begin{aligned}\sum F&=ma\\&=200\,000\,\mathrm{kg}\cdot5\,\mathrm{m/s^2}\\&=1\,000\,000\,\mathrm{N}=1{,}0\cdot10^6\,\mathrm{N}\end{aligned}Én million newton. Det gir en pekepinn på hvilke krefter jetmotorer må levere.
Eksempel 2: finn akselerasjonen
Samme fly, men nå kjenner du kreftene. Motorene skyver med 1,2 · 10⁶ N, og luftmotstand og rullemotstand virker motsatt vei med til sammen 2,0 · 10⁵ N.
\begin{aligned}\sum F&=1{,}2\cdot10^6\,\mathrm{N}-2{,}0\cdot10^5\,\mathrm{N}\\&=1{,}0\cdot10^6\,\mathrm{N}\end{aligned} a=\frac{\sum F}{m}=\frac{1{,}0\cdot10^6\,\mathrm{N}}{200\,000\,\mathrm{kg}}=5\,\mathrm{m/s^2}Legg merke til at motorkraften er 1,2 millioner newton, mens akselerasjonen svarer til 1,0 millioner. Regner du med motorkraften alene, får du 6 m/s² og svarer feil på oppgaven.
Hvorfor slutter flyet å akselerere?
Ved høy fart vokser luftmotstanden, og akselerasjonen avtar selv om motorkraften er den samme. Når luftmotstanden er blitt like stor som motorkraften, er summen null, og farten holder seg konstant. Du kan lese det som første lov, eller som andre lov med ΣF = 0. Det er samme sak.
Tredje lov: hvorfor svir det i hånden til keeperen?
Når et legeme påvirker et annet med en kraft, påvirker det andre legemet det første med en like stor kraft i motsatt retning.
Når en keeper slår vekk et skudd, virker hånden på ballen med en kraft F. Samtidig virker ballen på hånden med en like stor kraft i motsatt retning. Det er derfor det svir i hånden.
De to kreftene er like store, men de virker på ulike legemer. Derfor opphever de ikke hverandre, og det er hele poenget med tredje lov.
Effekten ser du best når massene er forskjellige. Kreftene er like store begge veier, mens akselerasjonen følger ΣF = m · a. Ballen på 430 gram får voldsom akselerasjon. Keeperen har mye større masse og får derfor mindre akselerasjon av den samme kraften. Kreftene på keeperen fra bakken spiller også inn.
Newtons lover oppsummert
| Lov | Innhold | Eksempel |
| Første lov | Uten nettokraft: uendret hastighet, altså fart og retning | Du kastes framover når bussen bremser |
| Andre lov | ΣF = m · a | 200 000 kg · 5 m/s² = 1,0 · 10⁶ N |
| Tredje lov | Kraft og motkraft er like store og motsatt rettet | Hånd på ball, ball på hånd |
Hvordan løser du en kraftoppgave steg for steg?
Mange kraftoppgaver blir enklere når du starter med en tydelig kraftfigur.
Velg først hvilket legeme du ser på. Flyet, ballen eller keeperen, ett om gangen. Tegn så alle kreftene som virker på akkurat dette legemet, og ingen andre. Velg en positiv retning, gjerne bevegelsesretningen. Sett opp ΣF med fortegn etter den retningen du valgte, slik at krefter bakover får minustegn. Sett så inn i ΣF = m · a og løs for det du mangler.
Den vanligste tabben er å tegne inn motkraften fra tredje lov på samme figur. Motkraften virker på det andre legemet, og hører hjemme på en egen figur.
Fire misforståelser om krefter
«Kraft og motkraft opphever hverandre.» De virker på to forskjellige legemer og kan derfor ikke summeres til null på ett av dem. Hadde de opphevet hverandre, kunne ingenting akselerert.
«ΣF er drivkraften.» Symbolet betyr summen av alle krefter, altså motorkraft minus luftmotstand, og ikke motorkraften alene. Tegn kreftene inn på en figur før du regner, så unngår du dette.
«Masse og tyngde er det samme.» Masse måles i kilogram og er en egenskap ved legemet. Tyngde er en kraft, måles i newton, og finnes som G = m · g. En astronaut med masse 80 kg har samme masse på månen, men tyngden er omtrent en sjettedel.
«Konstant fart betyr at ingen krefter virker.» En bil i jevn fart på rett vei har både motorkraft og friksjon, de er bare like store, og summen er null. Vær presis med ordene: det er konstant hastighet, altså uendret fart og uendret retning, som krever at summen av kreftene er null. En bil som kjører i en rundkjøring med jevn fart har hele tiden en nettokraft inn mot sentrum, ellers ville den fortsatt rett fram. Konstant fart i seg selv er ikke nok.
Ofte stilte spørsmål
Hvorfor akselererer ikke flyet i det uendelige?
Hva er enheten newton?
Hvorfor står jeg stille når jeg dytter en vegg, når veggen dytter like hardt tilbake?
Gjelder Newtons lover alltid?
Lær mer
Newtons lover er verktøyet du bruker gjennom resten av mekanikken, fra skråplan til sirkelbevegelse. Det som betaler seg mest er å bli god på å tegne kreftene før du regner. På EnkelEksamen finner du videoundervisning i Fysikk 1 med teorigjennomgang og regneoppgaver med full utregning.
REA3038
Fysikk 1 – Privatist
REA3038
Fysikk 1 – VGS
