न्यूटनचे गतीचे नियम

मुळच्या प्रिंसिपिया मॅथेमॅटिकामधे लॅटिन भाषेत लिहिलेला न्यूटनचा पहिला आणि दुसरा नियम

भौतिकशास्त्रामधे न्यूटनचे गतीचे तीन नियम हे अभिजात यांत्रिकीचे मूलभूत नियम आहेत. हे नियम वस्तू आणि त्या वस्तूवर कार्य करत असणारी बले आणि या बलांमुळे वस्तूची होणारी हालचाल यातील संबंधांचे वर्णन करतात. हे नियम खालीलप्रमाणे आहेत.

1. पहिला नियम: जडत्वीय संदर्भचौकटीतून पाहिल्यास प्रत्येक वस्तू , जर तिच्यावर कोणतेही बाह्य बल कार्य करत नसेल, तर स्थिर राहाते किंवा स्थिर गतीने मार्गक्रमण करत राहाते.
2. दुसरा नियम: बल = वस्तुमान x त्वरण. वस्तूवर कार्य करत असणाऱ्या बलांची सदिश बेरीज ही त्या वस्तूचे वस्तुमान आणि तिचे त्वरण यांच्या गुणाकाराइतकी असते.
3. तिसरा नियम: जेव्हा एक वस्तू दुसऱ्या वस्तूवर बल लावते, त्याच वेळी, दुसरी वस्तूदेखील पहिल्या वस्तूवर तेवढ्याच प्रमाणात उलट दिशेने बल लावते.

न्यूटनच्या गुरुत्वाकर्षणाचा सिद्धान्ताच्या अणि या नियमांच्या साहाय्याने न्यूटनने केपलरचे ग्रहांच्या गतीचे नियम सिद्ध केले. यामुळे न्यूटनचे नियम फक्त पृथ्वीपुरते मर्यादित नसून सार्वत्रिक आहेत हे स्पष्ट झाले. तत्त्वतः न्यूटनचे नियम हे फक्त जडत्वीय संदर्भचौकटीतच वैध आहेत. तसेच ज्या वस्तूवर हे नियम वापरले जातात ती वस्तू बिंदुस्वरूप आहे असे गृहीत धरले जाते. पृथ्वीचे स्वतः भोवती व सूर्याभोवती परिभ्रमण करण्याचे परिणाम सूक्ष्म असल्याने पृथ्वीला जडत्वीय संदर्भचौकट मानून हे नियम रोजच्या जीवनात वापरता येतात.

विवेचन

पहिला नियम

या नियमानुसार, पदार्थावर कोणतेही बाह्य बल प्रयुक्त होत नसेल तर तो पदार्थ दिशा आणि चाल न बदलता सरळ रेषेत मार्गक्रमण करत राहतो. कोणत्याही पदार्थाची गती ही सदिश गोष्ट असते, म्हणजे तिला दिशा आणि परिमेय या दोन्ही गोष्टी असतात. न्यूटनच्या पहिल्या नियमानुसार बाह्य बल प्रयुक्त होत नसेल तर पदार्थाची गती (वेग) बदलत नाही.

न्यूटनचा पहिला नियम हा जडत्वीय संदर्भचौकटीची व्याख्या करतो. दुसरा आणि तिसरा नियम फक्त पहिल्या नियमानुसार निश्चित केलेल्या जडत्वीय संदर्भचौकटींमध्येच लागू पडतो.

दुसरा नियम

दुसऱ्या नियमानुसार, जडत्वीय संदर्भचौकटीमध्ये पदार्थावर प्रयुक्त होणारे एकूण बल हे त्या पदार्थाच्या रेषीय संवेगाच्या (p) कालिक विकलजाच्या (भैदिक कलनाच्या) समप्रमाणात असते. गणितीय भाषेत हे खालीलप्रमाणे लिहिता येते.

$\mathbf {F} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {p} }{\mathrm {d} t}}={\frac {\mathrm {d} (m\mathbf {v} )}{\mathrm {d} t}}.$

हा नियम पदार्थाच्या त्वरणाच्या परिभाषेत देखील सादर करता येतो. न्यूटनचा दुसरा नियम फक्त वस्तुमान अक्षय्य असणाऱ्या संहतींसाठीच वापरता येत असल्याने वरील समीकरणातून वस्तुमान (m) विकलजाच्या बाहेर काढता येईल. त्यामुळे त्वरणाच्या परिभाषेत हा नियम खालीलप्रमाणे लिहीता येईल.

$\mathbf {F} =m\,{\frac {\mathrm {d} \mathbf {v} }{\mathrm {d} t}}=m\mathbf {a} ,$

या समीकरणात F हे पदार्थावर प्रयुक्त होणारे एकूण बल आहे, m हे पदार्थाचे वस्तुमान आहे आणि a हे पदार्थाचे त्वरण आहे. यातून असे लक्षात येते की जर एखादी वस्तू त्वरणित होत असेल तर त्या वस्तूवर त्वरणाच्या समप्रमाणात बल प्रयुक्त होत असते. पहिल्या नियमाशी हे सुसंगत आहे कारण दुसऱ्या नियमानुसार जर बल शून्य असेल तर त्वरणदेखील शून्य असणार म्हणजेच पदार्थ गती न बदलता मार्गक्रमण करत राहील.

तिसरा नियम

या नियमानुसार विश्वातील सर्व बले अन्योन्यक्रियेच्या स्वरूपातच आढळतात. जर अ ही वस्तू ब या वस्तूवर बल प्रयुक्त करत असेल तर ब ही वस्तूदेखील अ या वस्तूवर तेवढ्याच प्रमाणात आणि उलट दिशेने बल प्रयुक्त करते. या नियमानुसार "एकदिशीय बल" अस्तित्वात नाही. म्हणजे असे कधीच होऊ शकत नाही की अ ही वस्तू ब वर काहीतरी बल प्रयुक्त करते परंतु अ वर काहीही परिणाम होत नाही.

इतिहास

प्राचीन ग्रीक तत्त्ववेत्ता ॲरिस्टॉटल याचा भौतिक पदार्थांच्या हालचालींसंबंधीचा दृष्टिकोन आजच्या आपल्या दृष्टिकोनापेक्षा अतिशय वेगळा होता. ॲरिस्टॉटलचे असे म्हणणे होते की जड वस्तूंना (उदा. दगड) पृथ्वीवर स्थिर राहायला आवडते आणि धुरासारख्या हलक्या वस्तूंना वर आकाशात जाउन स्थिर व्हायला आवडते. याखेरीज तारकांना अंतराळातच राहायला आवडते. ॲरिस्टॉटलनुसार प्रत्येक पदार्थाची नैसर्गिक स्थिती ही त्याची स्थिर स्थिती असते आणि पदार्थाला सरळ रेषेत स्थिर वेगात मार्गक्रमित ठेवण्यासाठी दुसऱ्या एखाद्या साधनाची गरज असते. ॲरिस्टॉटलचा हा दृष्टिकोन कोणत्याही वैज्ञानिक पद्धतीवर अवलंबून नव्हता.

अक्षय्यतेच्या नियमांशी असणारा संबंध

आधुनिक भौतिकशास्त्रामध्ये, संवेग अक्षय्यता, ऊर्जा अक्षय्यता आणि कोनीय संवेग अक्षय्यता या जास्त व्यापक संकल्पना म्हणून मान्यता पावल्या आहेत. बल ही संकल्पना आणि न्यूटनचे नियम या गोष्टी आधुनिक भौतिकीमध्ये वापरले जात नाहीत. त्याऐवजी संवेग, ऊर्जा आणि कोनीय संवेग या गोष्टींना मूलभूत मानून काम केले जाते.

बाह्यदुवे

• The Laws of Motion इन अवर टाईम कार्यक्रमात बीबीसी रेडिओ ४ वरील चर्चा. (नियम प्रत्यक्षात ऐका) (इंग्रजी भाषा)