Sir Isaac Newtons tre bevægelseslove beskriver bevægelsen af massive legemer, og hvordan de interagerer. Selv om Newtons love kan virke indlysende for os i dag, blev de for mere end tre århundreder siden betragtet som revolutionerende.
Newton var en af de mest indflydelsesrige videnskabsmænd gennem tiderne. Hans idéer blev grundlaget for den moderne fysik. Han byggede på ideer, der blev fremsat af tidligere videnskabsmænd, herunder Galilei og Aristoteles, og han var i stand til at bevise nogle ideer, som tidligere kun havde været teorier. Han studerede optik, astronomi og matematik – han opfandt regnestykket. (Den tyske matematiker Gottfried Leibniz er også krediteret for at have udviklet den uafhængigt på omtrent samme tid).
Newton er måske bedst kendt for sit arbejde med at studere tyngdekraften og planeternes bevægelse. På opfordring af astronomen Edmond Halley, efter at han havde indrømmet, at han havde mistet sit bevis for elliptiske baner nogle få år tidligere, offentliggjorde Newton sine love i 1687 i sit grundlæggende værk “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (Matematiske principper for naturfilosofi), hvori han formaliserede beskrivelsen af, hvordan massive legemer bevæger sig under påvirkning af ydre kræfter.
I forbindelse med formuleringen af sine tre love forenklede Newton sin behandling af massive legemer ved at betragte dem som matematiske punkter uden størrelse eller rotation. Dette gjorde det muligt for ham at ignorere faktorer som f.eks. friktion, luftmodstand, temperatur, materialeegenskaber osv. og koncentrere sig om fænomener, der udelukkende kan beskrives i form af masse, længde og tid. Derfor kan de tre love ikke bruges til præcist at beskrive adfærden hos store stive eller deformerbare objekter; i mange tilfælde giver de dog passende præcise tilnærmelser.
Newtons love vedrører bevægelsen af massive legemer i en inertial referenceramme, undertiden kaldet en newtonsk referenceramme, selv om Newton selv aldrig beskrev en sådan referenceramme. En inertialreferenceramme kan beskrives som et 3-dimensionalt koordinatsystem, der enten er stationært eller i ensartet lineær bevægelse, dvs. det accelererer eller roterer ikke. Han fandt ud af, at bevægelse inden for en sådan inertialreferenceramme kunne beskrives ved tre enkle love.
Den første bevægelseslov siger: “Et legeme i hvile vil forblive i hvile, og et legeme i bevægelse vil forblive i bevægelse, medmindre det påvirkes af en ydre kraft.” Dette betyder ganske enkelt, at ting ikke kan starte, stoppe eller ændre retning helt af sig selv. Det kræver en kraft, der virker på dem udefra, for at forårsage en sådan ændring. Denne egenskab hos massive legemer til at modstå ændringer i deres bevægelsestilstand kaldes undertiden inerti.
Den anden bevægelseslov beskriver, hvad der sker med et massivt legeme, når det påvirkes af en ydre kraft. Den siger: “Den kraft, der virker på et objekt, er lig med objektets masse gange dets acceleration.” Dette skrives i matematisk form som F = ma, hvor F er kraft, m er masse, og a er acceleration. De fede bogstaver angiver, at kraft og acceleration er vektormængder, hvilket betyder, at de har både størrelse og retning. Kraften kan være en enkelt kraft, eller den kan være vektorsummen af mere end én kraft, som er nettokraften, når alle kræfterne er lagt sammen.
Når en konstant kraft virker på et massivt legeme, bevirker den, at det accelererer, dvs. ændrer sin hastighed, med en konstant hastighed. I det enkleste tilfælde bevirker en kraft, der påføres et objekt i hvile, at det accelererer i kraftens retning. Hvis objektet imidlertid allerede er i bevægelse, eller hvis denne situation ses fra en bevægelig referenceramme, kan dette legeme synes at accelerere, bremse eller ændre retning, afhængigt af kraftens retning og de retninger, som objektet og referencerammen bevæger sig i forhold til hinanden.
Den tredje bevægelseslov siger: “For enhver handling er der en lige stor og modsatrettet reaktion”. Denne lov beskriver, hvad der sker med et legeme, når det udøver en kraft på et andet legeme. Kræfter opstår altid parvis, så når et legeme skubber mod et andet, skubber det andet legeme lige så hårdt tilbage. Når du f.eks. skubber en vogn, skubber vognen tilbage mod dig; når du trækker i et reb, trækker rebet tilbage mod dig; når tyngdekraften trækker dig ned mod jorden, skubber jorden op mod dine fødder; og når en raket antænder sit brændstof bagved sig, skubber den ekspanderende udstødningsgas på raketten, hvilket får den til at accelerere.
Hvis det ene objekt er meget, meget mere massivt end det andet, især i tilfælde af at det første objekt er forankret til jorden, overføres stort set hele accelerationen til det andet objekt, og accelerationen af det første objekt kan man roligt ignorere. Hvis man f.eks. kaster en baseball mod vest, behøver man ikke at tænke på, at man faktisk får jordens rotation til at accelerere en lille smule, mens bolden er i luften. Men hvis du stod på rulleskøjter, og du kastede en bowlingkugle fremad, ville du begynde at bevæge dig baglæns med en mærkbar hastighed.
De tre love er blevet verificeret ved utallige eksperimenter i løbet af de sidste tre århundreder, og de anvendes stadig i vid udstrækning den dag i dag til at beskrive de typer objekter og hastigheder, som vi møder i hverdagen. De danner grundlaget for det, der nu er kendt som klassisk mekanik, som er studiet af massive objekter, der er større end de meget små skalaer, der behandles af kvantemekanikken, og som bevæger sig langsommere end de meget høje hastigheder, der behandles af den relativistiske mekanik.