La meccanica newtoniana è lo studio della relazione causale, nel mondo naturale, tra forza, massa e movimento. Il filosofo naturale e scienziato del 17° secolo Isaac Newton sviluppò una serie di principi universali, eleganti nella loro semplicità, per aiutare a spiegare e prevedere il movimento degli oggetti nel mondo naturale e il grado in cui questi oggetti cambiano il loro movimento relativo interagendo con forze esterne . Newton incorporò l’interrelazione tra i concetti fisici di forza, massa e accelerazione nelle sue tre leggi del movimento. La capacità di questi meccanismi di descrivere accuratamente il fenomeno naturale sotto osservazione deriva dall’applicazione di queste distinte leggi del moto.
La prima legge del moto sostiene che un corpo in movimento tende a rimanere in movimento e un corpo in quiete tende a rimanere in quiete. Questo principio spiega il concetto di inerzia, cioè l’applicazione della forza necessaria per spostare un oggetto fermo. Allo stesso modo, la decelerazione di un corpo, che altrimenti si muove a velocità costante, può avvenire solo quando su di esso agisce una forza esterna. Ad esempio, un proiettile sparato da un fucile continuerebbe il suo moto in una certa direzione perennemente, se non fosse per le forze simultanee di gravità e la resistenza dell’aria nell’atmosfera. Queste forze agiscono insieme sul proiettile per farlo fermare ad una certa distanza dal punto in cui è stato inizialmente sparato.
La seconda legge del moto di Newton è una formula matematica o quantitativa che descrive la natura intrinseca della forza. Newton postulò che la quantità di forza esercitata è direttamente proporzionale alla massa di un corpo, moltiplicata per la sua accelerazione, o f=ma. Se due corpi distinti si muovono con un’accelerazione costante, l’oggetto con la massa maggiore produrrà la forza maggiore. Questo principio può essere illustrato dall’esempio di un’automobile e di una locomotiva che viaggiano l’una verso l’altra ad uguale velocità. Quando i due oggetti si scontrano, la forza esercitata sull’automobile sarà enormemente maggiore a causa della massa molto maggiore della locomotiva.
La terza legge del moto può essere riassunta con l’affermazione per ogni azione, c’è una reazione uguale e contraria. In altre parole, le forze di due corpi che agiscono l’uno sull’altro sono sempre uguali e direttamente opposte. Ad esempio, la forza che una mazza da baseball esercita su una mazza è uguale e contraria alla forza che la mazza esercita sulla palla.
La meccanica newtoniana fornisce strumenti analitici che un osservatore può utilizzare per prevedere con precisione i cambiamenti nel movimento di un corpo derivanti da forze esterne che agiscono su di esso. Questi principi sono ugualmente applicabili al movimento di grandi oggetti celesti o al movimento di una semplice pallina da tennis. Utilizzando i vettori per rappresentare l’ampiezza e la direzione di un corpo in movimento, nonché il modo in cui le forze esterne impattano su quel corpo, un osservatore può prevedere con precisione la velocità e la direzione nette risultanti di un corpo, che è la somma di tutte forze esterne che agiscono su quel corpo in un dato momento.