Sir Isaac Newton három mozgástörvénye leírja a tömeges testek mozgását és kölcsönhatásukat. Bár Newton törvényei ma már nyilvánvalónak tűnhetnek számunkra, több mint három évszázaddal ezelőtt forradalminak számítottak.
Newton minden idők egyik legnagyobb hatású tudósa volt. Elméletei a modern fizika alapjává váltak. A korábbi tudósok, köztük Galilei és Arisztotelész munkáiból származó elképzelésekre épített, és képes volt bizonyítani néhány olyan elképzelést, amelyek korábban csak elméletek voltak. Tanulmányozta az optikát, a csillagászatot és a matematikát – ő találta fel a számítást. (Gottfried Leibniz német matematikusnak tulajdonítják azt is, hogy nagyjából ugyanebben az időben önállóan fejlesztette ki).
Newton talán leginkább a gravitáció és a bolygók mozgásának tanulmányozása terén végzett munkájáról ismert. Edmond Halley csillagász sürgetésére, miután beismerte, hogy néhány évvel korábban elvesztette az elliptikus pályák bizonyítását, Newton 1687-ben publikálta törvényeit a “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (A természetfilozófia matematikai alapelvei) című korszakalkotó művében, amelyben formalizálta annak leírását, hogyan mozognak a tömeges testek a külső erők hatására.
A három törvény megfogalmazásakor Newton leegyszerűsítette a tömeges testek kezelését azzal, hogy matematikai pontoknak tekintette őket, amelyeknek nincs mérete vagy forgása. Ez lehetővé tette számára, hogy figyelmen kívül hagyja az olyan tényezőket, mint a súrlódás, a levegő ellenállása, a hőmérséklet, az anyagtulajdonságok stb. és olyan jelenségekre koncentráljon, amelyek kizárólag a tömeg, a hossz és az idő szempontjából írhatók le. Következésképpen a három törvény nem használható a nagy merev vagy deformálható objektumok viselkedésének pontos leírására; sok esetben azonban megfelelően pontos közelítéseket adnak.
Newton törvényei a tömeges testek mozgására vonatkoznak egy inerciális vonatkoztatási rendszerben, amelyet néha newtoni vonatkoztatási rendszernek neveznek, bár maga Newton soha nem írt le ilyen vonatkoztatási rendszert. Az inerciális vonatkoztatási rendszer olyan 3 dimenziós koordinátarendszerként írható le, amely vagy helyhez kötött, vagy egyenletes lineáris mozgásban van, azaz nem gyorsul vagy forog. Megállapította, hogy az ilyen inerciális vonatkoztatási rendszeren belüli mozgás három egyszerű törvénnyel írható le.
A mozgás első törvénye kimondja: “Egy nyugalomban lévő test nyugalomban marad, és egy mozgásban lévő test mozgásban marad, hacsak nem hat rá külső erő”. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy a dolgok nem tudnak maguktól elindulni, megállni vagy irányt változtatni. Valamilyen kívülről rájuk ható erőre van szükség ahhoz, hogy ilyen változást okozzanak. A masszív testeknek ezt a tulajdonságát, hogy ellenállnak a mozgásállapotukban bekövetkező változásoknak, néha tehetetlenségnek nevezik.
A második mozgástörvény leírja, hogy mi történik egy tömeges testtel, ha külső erő hat rá. Kimondja: “A testre ható erő egyenlő a test tömegének és a gyorsulásának szorzatával”. Ez matematikai formában F = ma, ahol F az erő, m a tömeg, a pedig a gyorsulás. A vastag betűk azt jelzik, hogy az erő és a gyorsulás vektoros mennyiségek, ami azt jelenti, hogy nagyságuk és irányuk is van. Az erő lehet egyetlen erő, vagy lehet több erő vektoros összege, ami a nettó erő az összes erő összevonása után.
Amikor egy tömeges testre állandó erő hat, akkor az állandó sebességgel gyorsul, azaz változik a sebessége. A legegyszerűbb esetben egy nyugalomban lévő testre ható erő hatására az az erő irányába gyorsul. Ha azonban a tárgy már mozgásban van, vagy ha ezt a helyzetet egy mozgó vonatkoztatási rendszerből nézzük, akkor úgy tűnhet, hogy a test gyorsul, lassul vagy irányt változtat az erő irányától és a tárgy és a vonatkoztatási rendszer egymáshoz viszonyított mozgásának irányától függően.
A harmadik mozgástörvény kimondja: “Minden hatásnak van egy egyenlő és ellentétes reakciója”. Ez a törvény leírja, hogy mi történik egy testtel, amikor az erőt gyakorol egy másik testre. Az erők mindig párban lépnek fel, tehát amikor az egyik test egy másikra nyomást gyakorol, a második test ugyanolyan erővel nyom vissza. Például, amikor tolsz egy kocsit, a kocsi visszanyomódik hozzád; amikor meghúzol egy kötelet, a kötél visszahúzódik hozzád; amikor a gravitáció lehúz a földre, a föld visszanyomódik a lábadhoz; és amikor egy rakéta meggyújtja a mögötte lévő üzemanyagot, a táguló kipufogógáz a rakétára nyomódik, amitől az felgyorsul.
Ha az egyik tárgy sokkal, de sokkal nagyobb tömegű, mint a másik, különösen abban az esetben, ha az első tárgy a Földhöz van rögzítve, akkor gyakorlatilag az összes gyorsulást a második tárgy kapja, és az első tárgy gyorsulását nyugodtan figyelmen kívül lehet hagyni. Ha például egy baseball-labdát dobnánk nyugat felé, nem kellene figyelembe vennünk, hogy valójában a Föld forgását gyorsítanánk fel egy kicsit, amíg a labda a levegőben van. Ha azonban görkorcsolyán állna, és előre dobna egy bowlinggolyót, akkor észrevehető sebességgel hátrafelé kezdene mozogni.
A három törvényt az elmúlt három évszázadban számtalan kísérlet igazolta, és mind a mai napig széles körben használják a mindennapi életben előforduló tárgyak és sebességek leírására. Ezek képezik az alapját annak, amit ma klasszikus mechanikának nevezünk, amely a kvantummechanika által tárgyalt nagyon kis léptéknél nagyobb, és a relativisztikus mechanika által tárgyalt nagyon nagy sebességnél lassabban mozgó masszív objektumok tanulmányozását jelenti.