ニュートンの運動の３法則とは、慣性の法則、運動の法則、作用反作用の法則の３つのことです。
運動の第一法則、第二法則、第三法則とも言われます。
それぞれは説明してありますがここでもう一度まとめておきます。
重さと質量は同じ意味であつかいがちですが違いますので確認しておきましょう。
ニュートンの運動の３法則
普通の力学はニュートンの運動の法則が基礎になります。
これをニュートン力学と言います。
※
ニュートン力学が適用できない電子のふるまいなどは量子力学になるので基礎段階の力学においては考えなくていいです。
運動の第一法則
慣性の法則を、運動の第一法則と言います。
慣性の法則とは、物体は外力を受けなければ静止を続けるか、等速直線運動を続けるという法則です。
静止している物体は静止し続け、等速直線運動をしている物体は等速直線運動を続ける性質を持っているとことです。
等速直線運動は速度一定なので（加速度は０なので）、慣性の法則を言い換えると、
力を受けていない物体は加速度運動をしない。
といえますね。
逆に、物体が加速度を持って運動しているときは必ず外力がはたらいていることになります。
運動の第二法則
運動の法則を、運動の第二法則といいます。
運動の法則とは、物体に力がはたらくとき、力の方向に加速度を生じ、
その大きさ \(a\) は、力の大きさ \(F\) に比例し、物体の質量 \(m\) に反比例する。
\(ma=kF\)（\(k\)は定数）
という関係のことです。
ここで \(k=1\) として、力 \(F\) の単位を \(\mathrm{N}\)（ニュートン） とすることでできる、
（質量\(m:\mathrm{kg}\)、加速度\(a:\mathrm{m/s^2}\) とすることでできる）
\(\color{red}{\large{ma=F}}\) を運動方程式といいます。
運動方程式をまとめると、
質量 \(m\) の物体が、力 \(F\) を受けるとその方向に加速度 \(a\) を生じ、
質量 \(m\) と加速度 \(a\) の積は力 \(F\) に等しい。
となります。
運動の第三法則
作用反作用の法則を、運動の第三法則と言います。
２つの物体間で物体Aが物体Bに力を及ぼせば、物体Bからも物体Aに力が及びます。
物体AからBへの力を作用というとき、物体BからAの及ぼす力を反作用といいます。
このようにAがBに力を及ぼせば、必ずBからもAにも力が及ぶことを、作用反作用の法則と言います。
作用と反作用は別々の物体が受ける力のことで、
１つの物体にいくつかの力が合わさる合力、力のつり合いとは違いますので注意しておきましょう。
作用と反作用は一直線上で、大きさは等しく、逆向きにはたらきます。
重さと質量の違い
重力加速度の大きさは、場所によって多少の違いはありますが、地球上ではおおよそ \(9.8 \mathrm{m/s^2}\) となります。
ところが、月の表面（月面）では約 \(1.6 \mathrm{m/s^2}\) で地球と比べるとおよそ \(\displaystyle \frac{1}{6}\) 倍です。
このことから月面上での物体の重さは、地球上での重さの約 \(\displaystyle \frac{1}{6}\) 倍になります。
このように「重さ」は場所によって異なる量です。
一方で、物体の慣性の大きさを表す「質量」は場所によって変わらない物体に固有の量のことです。
違いがわかりにくいと思うのでもう少し説明します。
重さとは
地球が物体を引く力を重力といい、重力の大きさを重さといいます。
重力は物体に鉛直下向きの加速度を与え、これを重力加速度といい、\(g\) で表します。
質量 \(m\) の物体にはたらく重力を \(W\) とすると、
運動方程式 \(ma=F\) の \(F\) に \(W\) を、加速度 \(a\) に \(g\) を入れることで
\(\color{red}{\large{W=mg}}\)
これが重さを表す重力です。
逆に、重さ \(W\) の物体の質量は \(\displaystyle m=\frac{W}{g}\) となります。
重力加速度は同じ場所では一定です。
だから \(W=mg\) によって重さは質量に比例することを意味しています。
このことから重さを比べることによって質量を決めることができます。
このように決められた質量を重力質量といいます。
※
重さを比べるには国際キログラム原器を用いますが、同じ物体については慣性質量と重力質量は一致します。
天秤でつり合いを見て測るのは重さではありません。
天秤では左右両方に同じ重力加速度がはたらいているので、つり合いに重力加速度は関係していません。
天秤は分銅の質量がわかっているときの比較として、物体の質量を量る道具です。
地球上で天秤でつり合うのであれば、月面でもつり合うということです。
バネばかりは \(W\) つまり \(mg\) に比例して伸びが大きくなりますので重さを量る道具ですね。
日常では、重さを比べることにより物質の量を比べているので、重さと質量を混同しないようにしましょう。
重さは「地球が引く力の大きさ」で、
質量は「物体の持つ物質の分量」です。
単位を見れば明らかで、
重さの単位：\(\mathrm{kg\cdot m/s^2 または N}\)
質量の単位：\(\mathrm{kg}\)
全然違いますよね。
次は摩擦運動に進みますが、
摩擦のないところでの運動方程式を立てる練習をいくつかやっておきましょう。
⇒ 摩擦のない状況での運動方程式（近日公開予定）
いろいろな力が登場します。
力の種類は復習しておきましょう。