Wat zijn de drie natuurwetten van Newton?

9 minuten leestijd

Wat zijn de drie natuurwetten van Newton?

Personen

Je leest nu

Wat zijn de drie natuurwetten van Newton?

    • Deel op

    • Gekopieerd
  • 2
  • 966
Bekijk de collectie Bètacanon45 verhalen

Newton geldt als een van de belangrijkste wetenschappers die ooit geleefd hebben. Hij bedenkt de wet van de zwaartekracht en beweging, en geeft daarmee een verklaring voor beweging en krachten die niet alleen op aarde, maar ook daarbuiten van toepassing zijn. Voor zijn werk wordt hij zelfs geridderd tot Sir Isaac Newton. Wie is Newton, en wat is er zo bijzonder aan zijn ontdekkingen?

Samengesteld door Anique Gijsberts

Wie is Newton?

Isaac Newton geldt als een van de belangrijkste wetenschappers aller tijden. Hij ontdekt fundamentele natuurkundige wetmatigheden en geeft daarmee een belangrijke aanzet tot de wetenschappelijke revolutiede wetenschappelijke revolutie is de periode waarin klassiek-religieuze ideeën plaats maakten voor moderne, op de wetenschap gestoelde ideeën. . Hij leeft van 1643 tot 1727.

Portret van Isaac Newton uit 1689.
Deel alinea

Het verhaal gaat dat Newton zijn idee voor zwaartekracht krijgt als hij onder een appelboom zit en een appel op zijn hoofd krijgt. Het is de vraag of hij de appel inderdaad echt op zijn hoofd krijgt, maar documenten van de Britse Royal Society wijzen erop dat hij de zwaartekracht wel degelijk ‘ontdekt’ in de nabijheid van appelbomen.

Tegenwoordig is het bijna onvoorstelbaar, maar Newton houdt zich een groot deel van zijn leven bezig met bepaald onwetenschappelijke zaken. Hij is bijvoorbeeld een groot liefhebber van de alchemie, een soort voor-wetenschappelijke scheikunde. Alchemisten denken bijvoorbeeld dat het mogelijk is om gewone metalen om te zetten in goud. Ook besteedt Newton veel tijd en aandacht aan theologie en de bestudering van de Bijbel.

Audiofragment

De persoonlijkheid van Isaac Newton
NTR - De kennis van nu, 4 aug 2014

Waarom is Newton zo bekend?

De wetten van Newton gelden vandaag de dag nog steeds als de belangrijkste wetten in de natuurkunde. Zijn ontdekking dat krachten werken op alles wat massa heeft, is het bekendst. Zo kwam hij tot drie wetten die bekend staan als de wetten van Newton, waarvan het bekendste deel ongetwijfeld de ontdekking van de zwaartekracht is.

Met de wetten van Newton is onder andere te verklaren waarom het voelt alsof je naar achteren wordt geduwd als je in een versnellende trein of auto zit, hoeveel kracht er nodig is om een bal twintig meter ver te gooien en waarom een boek gewoon op een vlakke tafel blijft liggen maar van een schuine tafel afglijdt.

Newton deed ook minder bekende maar wel belangrijke ontdekkingen. Zo ontdekte hij dat zonlicht uit alle kleuren van de regenboog bestaat, leverde hij belangrijke bijdragen aan de wiskunde, deed hij onderzoek naar de snelheid van geluid en leverde hij een belangrijke bijdrage aan de warmteleer.

Wanneer licht wordt afgebogen splitst het zich in verschillende kleuren. 

In 1705 kreeg Newton een adellijke titel voor zijn bijdragen aan de wetenschap. Hierdoor staat hij nu nog steeds bekend als Sir Isaac Newton. Bovendien wordt zijn naam nog dagelijks gebruikt door iedereen die bezig is met krachtberekening: één newton is een eenheid Een eenheid is een maat waarmee je een grootheid uitdrukt. Dan moet je eerst weten wat een grootheid is: een eigenschap van een verschijnsel die in getallen uit te drukken is. Veelgebruikte grootheden zijn lengte, gewicht, snelheid en tijd. Deze grootheden worden uitgedrukt in eenheden. Veelgebruikte eenheden zijn dan ook meter, gram, seconde of liter. voor kracht Iets preciezer gezegd: Newton staat voor ‘de kracht die nodig is  om een massa van een kilogram te versnellen met een meter per seconde kwadraat (m/s^2). Eigenlijk zeg je hier: iedere seconde versnelt de massa één meter per seconde. Dat is twee keer ‘per seconde’, waardoor dat in het kwadraat moet. die je kunt uitrekenen door de massa van een object te vermenigvuldigen met de versnelling van dat object (misschien zegt de formule f (kracht) = m (massa) x a (versnelling) je nog wel iets).

Deel alinea

Waarom wordt Newton de grondlegger van de klassieke mechanica genoemd?

In 1687 publiceert Newton zijn boek “Philosophiae Naturalis Principa Mathematica”, waarin hij drie wetten formuleert. Deze ‘wetten van Newton’ beschrijven het verband tussen kracht en beweging, en worden nog steeds gezien als de basis van de klassieke mechanica.

De natuurwetten die Newton heeft geformuleerd worden vandaag de dag nog steeds gebruikt. Wat houden deze wetten eigenlijk in?

Deel alinea

Wet 1: “Als er op een voorwerp geen resulterende kracht werkt, is het in rust of heeft het een constante snelheid.”

De eerste wet van Newton gaat ervan uit dat massa pas in beweging komt als er een kracht wordt gebruikt. Zo niet, dan staat het voorwerp stil of beweegt het zich met een constante snelheid voort. Dat wil zeggen: als je iets wilt versnellen of vertragen, kost dat kracht.

Een kracht die ervoor zorgt dat iets versnelt of vertraagt, wordt in de natuurkunde een resulterende kracht genoemd. Als er geen resulterende kracht op een voorwerp werkt, is het in rust of beweegt het zich met een constante snelheid voort. Dat laatste klinkt misschien raar, maar is heel logisch. Op zo’n voorwerp werkt geen netto kracht: geen versnellende, maar ook geen vertragende kracht. De som van deze krachten is nul (net als dat de som van -1 en +1 nul is), en daarom wordt in de natuurkunde gezegd dat het object ‘vrij’ is.

Maar hoe zit het dan precies? Als een auto met constante snelheid rijdt, is er toch nog steeds een kracht nodig om die voort te bewegen? Ja, dat klopt. Maar, er werkt ook een tegenkracht op: de wrijving van de lucht en de grond. Die is precies even groot als de snelheid waarmee de motor de auto voortbeweegt, waardoor de resulterende kracht dus nul is.

Wet 2: “Hoe zwaarder een object is, hoe moeilijker het is om dat object in beweging te brengen of af te remmen”

De tweede wet van Newton beschrijft dat wanneer een kracht de ene kant op groter (of kleiner) is dan een kracht de andere kant op, dus als er een resulterende kracht op een object werkt, dat er dan een versnelling (of vertraging) plaatsvindt. De versnelling is afhankelijk van de grootte en het gewicht van het voorwerp: het kost meer kracht om een auto in beweging te brengen dan een fiets, omdat een auto een stuk zwaarder is.

Om zo snel mogelijk te zijn, is het daarom handig om het voertuig zo licht mogelijk te maken. Dat volgt uit de tweede wet van Newton. Bij gelijkblijvende kracht, dus met dezelfde hoeveelheid brandstof, krijg je een lichter object makkelijker in versnelling dan een zwaar object. Daarom willen wielrenners een zo licht mogelijke fiets.

Wet 3: “Een kracht heeft altijd een tegengestelde kracht, die de andere kant op werkt.”

De derde wet van Newton wordt ook wel de wet van actie en reactie genoemd: elke actie heeft een tegengestelde en even grote reactie (ofwel ‘actie is min reactie’). Deze wet beschrijft ook dat krachten altijd in paren voorkomen. Dat klinkt heel abstract, maar is in veel gevallen ook te zien: als een geweer een kogel wegschiet, is er altijd een terugslag. Dat laat zien dat niet alleen het geweer een kracht uitoefent op de kogel, maar de kogel ook op het geweer. Het is ook de reden dat je niet zomaar door een stoel zakt. Hoewel jouw lichaam kracht uitoefent op de stoel, oefent de stoel ook kracht uit op jouw lichaam. Daarom kun je gewoon blijven zitten.

Zonder de aanwezigheid van tegenwerkende krachten kunnen deze balletjes voor altijd heen en weer blijven kaatsen. In de werkelijkheid gebeurt dit niet door de luchtweerstand en het energieverlies dat plaatsvindt bij de botsingen.

Hoe werkt zwaartekracht?

Newton kwam dus tot de ontdekking dat massa’s elkaar aantrekken met een kracht die afhankelijk is van hun grootte en gewicht. De derde wet van Newton beschrijft, zoals hierboven uitgelegd, dat die krachten altijd in paren voorkomen. En dan blijkt dat zwaartekracht eigenlijk niets geks is. De aarde, een object, trekt een ander object aan, of dat nu een mens, een gebouw of een auto is. Dat object trekt ook aan de aarde. Deze zwaartekracht geldt voor alles wat massa heeft, dus ook kleinere dingen als een stoel en een tafel. De aarde trekt aan de tafel, maar de tafel ook aan de aarde. Omdat de aarde zo groot en zwaar is, trekt die een stuk harder aan de tafel dan dat de tafel aan de aarde trekt. Daarom blijft alles keurig op aarde staan.

In een vacuüm vallen alle voorwerpen even snel naar beneden. Het gewicht van een voorwerp doet er niet meer toe, omdat er in de ruimte geen zwaartekracht is. Aan ieder voorwerp wordt dus even hard "getrokken". 

Deel alinea

Zelf legde Newton zijn ontdekking ooit uit met het beroemde citaat over de appelboom: in de tijd dat zijn universiteit gesloten was, zat hij onder een boom toen een appel uit die boom viel. Toen al bedacht hij dat er een kracht op de appel moest werken die ervoor zorgde dat de appel naar de aarde toe viel. Dit gebeurde in een tijd waarin hij, naar eigen zeggen, de beste ideeën kreeg. Door de pestepidemie sloot de universiteit van Cambridge, waar hij studeerde, twee jaar zijn deuren. In die tijd ging hij terug naar zijn geboorteplaats, waar hij tijd had om zijn ideeën uit te werken.

De ontdekking van het verband tussen kracht, massa en beweging, en dan vooral de ontdekking van de zwaartekracht, maakt dat Newton nog steeds wordt gezien als een van de belangrijkste wetenschappers ooit. Maar, zoals hij het zelf zei:

"Als ik verder heb gekeken dan anderen, komt dat doordat ik op de schouders van reuzen stond"

Zonder eerdere belangrijke ontdekkingen van Johannes Kepler en Galileo Galilei, had hij zijn ontdekkingen nooit kunnen doen.

Audiofragment

Zou zwaartekracht ook ontdekt zijn zonder Newton?
NTR - De kennis van nu, 4 aug 2014

Wat zijn natuurwetten?

Natuurwetten worden ook wel wetenschappelijke wetten genoemd en zijn wetmatigheden die altijd gelden en nooit veranderen. Zo valt een appel nooit omhoog, maar altijd naar de grond en draait de aarde altijd om de zon. Kortom: iets wordt een wet genoemd als het verschijnsel universeel en onveranderlijk is. 

Omdat zij universeel zijn, worden ook de ontdekkingen van Newton natuurwetten genoemd. Zijn wetten zijn dus op alles op aarde en daarbuiten van toepassing. In de tijd dat Newton zijn belangrijke ontdekkingen deed, waren veel wetenschappers bezig met het beschrijven en ontdekken van dit soort natuurwetten: denk aan de natuurkundigen Johannes Kepler en Robert Hooke.

Zijn er aanvullingen nodig op de wetten van Einstein en Newton? Wetenschapsjournalist Diederik Jekel vertelt over het onderzoek dat gedaan wordt naar 'donkere materie'. 

Deel alinea

Met de ontdekking van de zwaartekracht maakt Newton een belangrijke stap in de interpretatie van natuurwetten. Met de ontdekking dat zijn wetten niet alleen op aarde gelden, maar ook buiten onze planeet, maakt Newton een einde aan de tot dan toe geldende ideeën – die hun oorsprong kennen in een theorie van Aristoteles. Die theorie gaat ervan uit dat de natuurwetten op aarde anders zijn dan op de maan en de planeten.

Maar Newton ziet dat de zwaartekracht ook verklaart waarom planeten in hun baan om de zon blijven draaien: zelfs hele grote objecten als de zon, maan en planeten oefenen een kracht op elkaar uit. De zon is zo groot dat die ook een gigantische kracht op de planeten uitoefent, die ervoor zorgt dat de planeten niet rechtdoor gaan, maar dat hun baan telkens een beetje wordt afgebogen.

Door de aantrekkingskracht tussen de maan en aarde vinden verschillende getijden plaats. 

In het kort

  • Door het opstellen van fundamentele wetmatigheden in de natuurkunde is Isaac Newton een van de belangrijkste wetenschappers uit de geschiedenis.

  • Newton deed meerdere belangrijke ontdekkingen, waarvan de ontdekking van de zwaartekracht de bekendste is. 

  • De wetten die Newton heeft opgesteld worden vandaag de dag nog steeds gezien als de basis van de klassieke mechanica. 

  • Zwaartekracht werkt op alles dat massa heeft. Hiermee valt te verklaren hoe objecten op aarde zich gedragen, maar ook hoe planeten, de maan en de zon zich bewegen. 

  • Natuurwetten zijn wetten die universeel en onveranderlijk zijn, wat het geval is bij de wetten van Newton. Ze gelden altijd en overal, zelfs buiten de aarde. 

Deel dit venster

collection

Bètacanon

Bètaonderwerpen waar elke Nederlander iets van af zou moeten weten, met onder meer de oerknal, het periodiek systeem en de kwijlende honden van Pavlov.