ニュートンの三つの法則の解説

アイザック・ニュートンは1687年、目に見えるあらゆる物体の運動を説明する三つの法則を発表しました——転がるボールから落ちるリンゴ、宇宙船まで。三百年たった今も、高校物理の土台です。それぞれが実際に何を言っているのか、どう使うのかを見ていきましょう。

ニュートンの第一法則——慣性の法則

静止している物体は静止し続ける。運動している物体は同じ速さと向きで運動し続ける——つり合っていない力（合力）がはたらかないかぎり。

これを 慣性の法則 といいます。慣性とは、物体が運動の状態の変化にさからう性質です。質量が大きいほど、慣性も大きくなります。

物体にはたらく力が つり合っている とき（合力＝0）、物体は加速しません。静止したままか、一定の速度で動き続けます。静止は特別ではありません——一定の速度もまったく同じことです。

身のまわりの例：

• •車がブレーキをかけたとき、乗客が前に投げ出される——体は運動を続けようとします。車は止まりますが、慣性が人を前に運びます。
• •ホッケーのパックがすべる——摩擦のほとんどない氷の上では、止める摩擦がないので永遠に進み続けるでしょう。
• •机の上に置かれたボール——重力が下に引き、垂直抗力が上に押します。合力＝0。ボールは動きません。

ニュートンの第二法則—— F = ma

物体にはたらく 合力 は、その質量と加速度の積に等しい：

F = ma

F はニュートン（N）、m はキログラム（kg）、a はメートル毎秒毎秒（m/s²）で表します。

この法則は三つの量を結びつけます。二つが分かれば三つめが求まります。式を変形すると：

F = ma

力を求める

a = F/m

加速度を求める

m = F/a

質量を求める

大切なこと： 第二法則の F は 合力です——向きを考えに入れた、すべての力の和。摩擦が押す力に逆らうなら、まずそれを引きます： F_net = F_applied − F_friction。

力の図を使う問題——順を追って

ニュートンの第三法則——作用と反作用

すべての作用には 大きさが等しく向きが反対の反作用 があります。物体 A が物体 B に力を加えると、物体 B は物体 A に、同じ大きさで反対向きの力を加えます。

注意：この二つの力は ちがう 物体にはたらきます。たがいに打ち消し合うことはありません（ちがう物体にはたらいているからです）。

身のまわりの例：

• •歩くこと： 足が地面を後ろへ押し、地面があなたを前へ押します——その前向きの押す力があなたを動かします。
• •ロケットの推進： ロケットが噴射ガスを下へ押し、ガスがロケットを上へ押します。
• •泳ぐこと： あなたが水を後ろへ押しやり、水があなたを前へ押します。

第三法則の力の対は、いつも 同じ種類 の力（どちらも重力、どちらも接触力など）で、ちがう物体 にはたらきます。よくある混乱：反作用は作用を打ち消しません——別々の物体にはたらいているのです。

重さと質量

計算でこの二つを混同する人が多いです。

• 第一法則：合力がなければ運動は変わらない（静止、または一定の速度）。
• 第二法則：F = ma。加えた力だけでなく、合力。
• 第三法則：大きさが等しく向きが反対の力——ただしちがう物体に。
• 重さ（N）＝質量（kg）× g（9.8 m/s²）。
• 力の問題はどれも、まず力の図をかくこと——符号のまちがいを防げます。

ニュートンの法則の先へ

この三つの法則は、そのまま運動の式、摩擦の問題、斜面、そしてやがてエネルギーと運動量へつながります。物理がつながった一つの話ではなく、ばらばらの公式のように感じられるなら、まず面談から始めてください。考えの鎖を土台から組み立てていきます。