ประวัติ ของ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 1

จากหนังสือ Principia ต้นฉบับภาษาละติน ของนิวตัน

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare.

แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า

กฎข้อที่ 1: ทุกวัตถุจะอยู่ในสถานะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างสม่ำเสมอ เว้นแต่มีแรงมากระทำให้สถานะนั้นเปลี่ยนไป

อาริสโตเติล นักปราชญ์กรีกโบราณ มีมุมมองที่ว่าวัตถุทั้งหลายมีที่อยู่ของมันตามธรรมชาติในจักรวาล คือวัตถุที่หนัก (เช่น หิน) จะอยู่นิ่งบนพื้นโลก และวัตถุที่เบาเหมือนควันจะลอยนิ่งอยู่บนท้องฟ้า และดาวฤกษ์จะอยู่บนสวรรค์ เขาคิดว่าวัตถุอยู่ในสภาพธรรมชาติของมันเมื่อมันอยู่นิ่ง และสำหรับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ จำเป็นต้องมีแรงภายนอกเพื่อทำให้มันเคลื่อนที่หรือหยุดเคลื่อนที่ ต่อมา กาลิเลโอ กาลิเลอี ตระหนักว่าแรงเป็นสิ่งจำเป็นในการเปลี่ยนความเร็วของวัตถุ เช่น ความเร่ง แต่ไม่จำเป็นต้องใช้แรงเพื่อรักษาความเร็วของมัน ในอีกนัยหนึ่งกาลิเลโอกล่าวตรงข้ามกับอาริสโตเติลว่าในกรณีที่ไม่มีแรงวัตถุเคลื่อนที่จะเคลื่อนที่ต่อไป (การที่วัตถุต่อต้านการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่คือสิ่งที่โยฮันเนส เคปเลอร์เรียกว่าความเฉื่อย) แนวคิดนี้ได้รับการกลั่นกรองโดยนิวตัน ซึ่งทำให้มันกลายเป็นกฎข้อแรกของเขาหรือที่เรียกว่า "กฎของความเฉื่อย" หมายความว่าถ้าไม่มีแรง จะไม่มีความเร่ง และด้วยเหตุนี้วัตถุจะรักษาความเร็วไว้ได้ เนื่องจากกฎข้อแรกของนิวตัน เป็นการปรับปรุงกฎของความเฉื่อยที่กาลิเลโอ ได้อธิบายไว้ก่อนแล้วดังนั้นนิวตันจึงให้เครดิตกับกาลิเลโอ[ต้องการอ้างอิง]

กฎของความเฉื่อยนี้เกิดขึ้นในความคิดของนักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์หลายคนรวมถึง โทมัส ฮอบส์ ซึ่งกล่าวไว้ในหนังสือเลวีอาธาน ด้วย[32] เรอเน เดการ์ต นักปรัชญาและนักคณิตศาสตร์ แห่งศตวรรษที่ 17 ได้กำหนดกฎไว้เช่นเดียวกัน แม้ว่าเขาจะไม่ได้ทำการทดลองใด ๆ เพื่อยืนยัน[33][34]

กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 2

จากหนังสือ Principia ต้นฉบับภาษาละติน ของนิวตัน

Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.

แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า

กฎข้อที่ 2: การเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงกระทำ และมีทิศทางเดียวกับแรงที่มากระทำในทิศทางที่เป็นเส้นตรงเดียวกัน

เทียบเท่ากับคำศัพท์ปัจจุบันว่า[35]

การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของวัตถุเป็นสัดส่วนของแรงดลที่กระทำต่อวัตถุและเกิดขึ้นในแนวเส้นตรงเดียวกันกับที่แรงดลนั้นกระทำ

นี่อาจเป็นสูตรสำหรับโมเมนตัม F = p ′ {\displaystyle \mathrm {F} =\mathrm {p} ^{\prime }} เมื่อ p ′ {\displaystyle \mathrm {p} ^{\prime }} เป็นอนุพันธ์ของโมเมนตัมเทียบกับเวลา สมการนี้ถูกจัดแสดงไว้ในห้องสมุดเรน เคมบริดจ์ ของ วิทยาลัยทรินิตี มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในครอบแก้วซึ่งมีต้นฉบับของนิวตันเปิดอยู่ในหน้าที่เกี่ยวข้อง

ฉบับแปลของ Andrew Motte ในปี 1729 ซึ่งแปลจากฉบับภาษาละตินของนิวตัน มีการให้คำนิยามของกฎข้อที่สองไว้ว่า

If a force generates a motion, a double force will generate double the motion, a triple force triple the motion, whether that force be impressed altogether and at once, or gradually and successively. And this motion (being always directed the same way with the generating force), if the body moved before, is added to or subtracted from the former motion, according as they directly conspire with or are directly contrary to each other; or obliquely joined, when they are oblique, so as to produce a new motion compounded from the determination of both.

แปลเป็นภาษาไทยว่า

ถ้าแรงหนึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่หนึ่ง แรงที่เป็นสองเท่าจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นสองเท่า และแรงที่เป็นสามเท่าก็จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่สามเท่า ไม่ว่าแรงนั้นจะกระทำอย่างทันทีในจังหวะเดียว หรือกระทำอย่างค่อย ๆ ทีละน้อย และการเคลื่อนที่นี้ (ซึ่งมีทิศทางเดียวกับแรงที่สร้างมันเสมอ) ในกรณีที่วัตถุมีการเคลื่อนที่อยู่แล้วก่อนหน้า ก็จะบวกเข้าหรือลบออกจากการเคลื่อนที่ก่อนหน้านั้น ขึ้นกับว่าทิศทางของการเคลื่อนที่ทั้งสองนั้นชี้ไปทางเดียวกัน หรือตรงข้ามกันพอดี หรือทำมุม นำไปสู่การเคลื่อนที่ใหม่ที่เป็นผลลัพธ์จากการเคลื่อนที่ทั้งสองนั้น

ลักษณะของการใช้คำศัพท์และความเข้าใจที่นิวตันมีต่อกฎข้อที่สอง รวมถึงความตั้งใจที่จะให้ผู้อื่นตีความกฎ เป็นที่ถกเถียงกันอย่างกว้างขวางโดยนักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ พร้อมกับความสัมพันธ์ระหว่างสูตรของนิวตันกับสูตรสมัยใหม่[36]

กฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3

Lex III: Actioni contrariam semper et æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales et in partes contrarias dirigi.

แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า

กฎข้อที่ 3: สำหรับการกระทำใด ๆ จะมีการกระทำตรงกันข้ามที่เท่ากันเสมอ: หรือก็คือ การกระทำระหว่างวัตถุ 2 ชิ้นใด ๆ ต่อกันและกันมีขนาดเท่ากันเสมอ และกระทำต่อส่วนที่ตรงกันข้ามกัน

ส่วนขยายความของนิวตันต่อกฎนี้กล่าวว่า:

Whatever draws or presses another is as much drawn or pressed by that other. If you press a stone with your finger, the finger is also pressed by the stone. If a horse draws a stone tied to a rope, the horse (if I may so say) will be equally drawn back towards the stone: for the distended rope, by the same endeavour to relax or unbend itself, will draw the horse as much towards the stone, as it does the stone towards the horse, and will obstruct the progress of the one as much as it advances that of the other. If a body impinges upon another, and by its force changes the motion of the other, that body also (because of the equality of the mutual pressure) will undergo an equal change, in its own motion, toward the contrary part. The changes made by these actions are equal, not in the velocities but in the motions of the bodies; that is to say, if the bodies are not hindered by any other impediments. For, as the motions are equally changed, the changes of the velocities made toward contrary parts are reciprocally proportional to the bodies. This law takes place also in attractions, as will be proved in the next scholium.

แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า

อะไรก็ตามที่ดึงหรือผลักอะไรอีกอย่าง จะถูกดึงหรือผลักโดยอะไรอีกอย่างนั้นเท่า ๆ กัน ถ้าท่านกดก้อนหินด้วยนิ้วมือ นิ้วมือก็จะถูกก้อนหินกดเช่นเดียวกัน ถ้าม้าตัวหนึ่งดึงเชือกที่ผูกกับหิน ม้าตัวนั้น (ถ้าข้าพเจ้าสามารถพูดเช่นนี้ได้) ก็จะถูกเชือกดึงกลับไปหาก้อนหินเท่ากัน: เนื่องจากเชือกนั้น ในความพยายามที่จะผ่อนคลายตนเองหรือทำให้ตนเองตรง ก็จะดึงม้ากลับมายังหิน เท่ากับที่มันดึงหินไปยังม้า และก็จะขัดขวางการเคลื่อนที่ของอย่างหนึ่งเท่ากับที่มันสนับสนุนอีกอย่าง ถ้าวัตถุชิ้นหนึ่งกดวัตถุอีกชิ้น และออกแรงทำให้วัตถุนั้นเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ไป (เนื่องมาจากความเท่ากันของความดันที่กระทำต่อกันและกัน) ตัวมันเองก็จะถูกเปลี่ยนแปลงไปในขนาดเท่ากันและทิศทางตรงข้าม ความเปลี่ยนแปลงที่เท่ากันนี้มิใช่เท่าในแง่ของความเร็ว แต่เท่ากันในปริมาณการเคลื่อนที่ นั่นคือ ถ้าวัตถุเหล่านั้นไม่ถูกสิ่งกีดขวางอะไรกระทำอีก ความเท่ากันของการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ก็จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความเร็วที่แปรผกผันกับวัตถุ กฎข้อนี้ยังเป็นจริงกับแรงดึงดูด ดังจะพิสูจน์ในส่วนขยายถัดไป

โดยที่คำว่า การเคลื่อนที่ เป็นชื่อที่นิวตันใช้เรียกโมเมนตัม จึงเป็นสาเหตุที่นิวตันระมัดระวังในการแยกแยะระหว่างการเคลื่อนที่และความเร็ว

นิวตันใช้กฎข้อที่สามในการพิสูจน์กฎอนุรักษ์โมเมนตัม [37] แต่จากมุมมองที่ลึกกว่าในปัจจุบัน กฎอนุรักษ์โมเมนตัมเป็นแนวคิดที่เป็นพื้นฐานมากกว่า (โดยเป็นผลจากทฤษฎีบทของเนอเทอร์ และ ความเสมอภาคแบบกาลิเลียน) และเป็นจริงในกรณีที่กฎข้อที่สามไม่เป็นจริง เช่น ในกรณีที่สนามพลังสามารถนำพาโมเมนตัมได้เหมือนอนุภาค และในกลศาสตร์ควอนตัม

ใกล้เคียง

กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเค็พเพลอร์ กฎการพาดหัวของเบ็ทเทอร์ริดจ์ กฎการอนุรักษ์ กฎการปะทะ กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ กฎการแผ่รังสีความร้อนของเคียร์ชฮ็อฟ กฎการอนุรักษ์พลังงาน กฎการสลับที่ กฎการดูดกลืน

แหล่งที่มา

WikiPedia: กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน http://www.lightandmatter.com/html_books/1np/ch04/... http://www.springerlink.com/content/j42866672t8635... http://members.tripod.com/~gravitee/axioms.htm http://www.ce.berkeley.edu/~coby/plas/pdf/book.pdf http://adsabs.harvard.edu/abs/1992CeMDA..53..227P http://adsabs.harvard.edu/abs/1992PhyEd..27..112H http://adsabs.harvard.edu/abs/2003Sc&Ed..12...45G http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-... http://plato.stanford.edu/entries/newton-principia... //doi.org/10.1007%2FBF00052611