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1. 뉴턴의 제1법칙 (관성의 법칙)

- 원래 물체는 그 본래의 속성으로서 관성이라는 성질을 가지고 있다.
이것은 원래의 운동을 지속하려고 하는 성질을 말한다.
또는 관성은 운동에 대한 저항이라고 할 수 있다.
정지하고 있는 물체는 계속 정지하려고 하고, 등속직선운동을 하고 있는 물체는 언제까지나 등속직선운동을 계속하려고 한다.
다시 말하면 물체는 원래의 운동 상태를 계속 유지하려고 한다는 것이다.
몇 가지 예를 들어보면 식탁 위에 식탁보를 깔아 놓고 그 위에 접시들을 올려놓은 다음에 식탁보를 갑자기 잡아 당겼을 때 접시들은 그대로 정지 상태로 있을 것이다.
따라서 정지해 있는 물체는 계속 정지하려고 한다는 사실을 알 수 있다.
다음으로 운동하는 물체에 대한 예를 들어보자면 컬링스톤을 지면에 미끄러지게 하면 컬링스톤은 곧 정지하게 된다.
그러나 얼음판 위에서 미끄러지게 하면 훨씬 멀리까지 가게 된다.
이것은 말찰이 아주 작기 때문이다.
마찰이 전혀 없는 곳에서 미끄러지게 하면 거의 일정한 속력으로 운동하게 될 것이다.
외부에서 작용하는 힘이 없다면 운동하고 있는 물체는 직선을 따라 영원히 계속해서 운동하게 된다.
즉 물체에 힘이 작용하지 않으면 물체는 정지, 또는 등속도 직선운동의 상태를 계속 유지하는 성질이 있다.
이것을 관성이라 하여 ‘뉴턴의 제1법칙’ 또는 ‘관성의 법칙’ 이라고 한다.

2. 뉴턴의 제2법칙 (가속도 법칙)

- 운동하는 물체의 속도는 흔히 운동이 진행하는데 따라서 그 크기만 변하거나 방향만 변하거나, 혹은 양자 모두가 변하는데, 이때 그 물체는 가속도를 갖는다고 말한다.
다시 말하면 속도가 시간에 따라 변하는 운동을 가속도 운동이라고 하며, 단위시간 (1sec) 동안의 속도의 변화량을 가속도라 한다.
이것은 운동이 얼마나 빨리 변화하는가를 나타낸 것이다.
예를 들어 야구공에 힘을 가하여 던지면 야구공은 운동하기 시작한다.
야구공은 처음에 손 안에 정지해 있었기 때문에 가속도 운동이다.
운동하는 야구공에 더 이상 힘을 주지 않는다면 야구공은 등속운동이다.
야구공에 다시 또 다른 힘을 주면 야구공의 운동상태는 다사 변하게 된다.
결과적으로 야구공은 가속도 운동이므로 힘은 가속도와 관계가 있음을 알 수 있다.
그러므로 물체에 작용하는 힘의 크기를 2배를 증가시키면 가속도는 전보다 2배가 되고, 또한 힘의 크기를 3배로 증가시키면 가속도는 3배가 된다.
따라서 물체의 가속도는 작용한 힘 (알짜힘)에 비례한다.
가속도를 a, 힘을 F라고 하면

a ∝ F

로 쓸 수 있다.

다음으로 가속도와 질량과의 관계는 같은 힘을 질량이 2배인 물체에 작용하면 가속도는 1/2로 되고, 질량이 3배인 물체에 작용하면 가속도는 1/3로 된다.
다시 말하면 작용하는 힘이 같을 때 가속도는 질량에 반비례한다.
즉 질량을 m이라고 하면,

a ∝ 1/m

으로 쓸 수 있다.
여기에서 반비례는 두 물리량이 서로 반대로 변화한다는 것을 의미한다.

앞에서 구한 두 관계식으로부터

a ∝ F/m ⇒ a ∝ k(F/m)

의 등식으로 쓸 수 있다.
여기에서 k는 비례상수이고, k의 값은 각 물리량의 단위를 어떻게 정하는가에 따라 정하여진다.
우리가 통상 사용하는 단위계 (SI단위계)에서 k는 1의 값을 취한다.
즉

F = ma

이다.
그래서 힘의 정의는 질량 X 가속도이다.

3. 뉴턴의 제3법칙 (작용과 작용 법칙)

- 뉴턴의 제1법칙에서 힘이 작용할 때에만 운동 상태가 변화한다는 것을 알 수 있었다.
단순하게 표현하면 힘이랑 어떤 물체를 밀거나 당기는 것이다.
그러나 뉴턴은 힘이란 물체가 갖고 있는 그 어떤 것이 아니라 두 물체 사이에서 일어나는 상호작용의 한 부분이라는 것을 알게 되었다.
예를 들면 스케이트를 신은 두 사람이 미끄러운 빙판위에 서 있는데 한 사람이 다른 사람을 밀면, 두 사람은 반대 방향으로 서로 멀어지는 현상을 볼 수 있다.
사람이 지구표면 위에서 걸어 다닐 수 있는 것도 사람의 발과 지구간의 작용-반족용에 의한 것이다.
이 외에 망치와 못, 자동차의 타이어와 도로, 로켓과 가스분사 등등이 있다.
따라서 뉴턴은 이러한 관찰을 통해서 작용과 반적용의 법칙을 이끌어 냈다.
위의 사실들로부터 운동의 제 3법칙은 힘이 단독으로 존재할 수 없으며, 오로지 모든 상호작용에서 힘들은 항상 쌍으로 존재한다는 것이다.
어떤 경우에서나 작용과 반작용의 한 쌍의 힘을 구할 수 있다.

4. 열역학 제1법칙 (에너지 보존의 법칙)

- 열역학 제1법칙은 우리가 많이 들어본 에너지 보존의 법칙과 동일한 표현이기도 하다.



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