Het verhaal gaat dat Newton zijn idee voor zwaartekracht krijgt als hij onder een appelboom zit en een appel op zijn hoofd krijgt. Het is de vraag of hij de appel inderdaad echt op zijn hoofd krijgt, maar documenten van de Britse Royal Society wijzen erop dat hij de zwaartekracht wel degelijk ‘ontdekt’ in de nabijheid van appelbomen.

Tegenwoordig is het bijna onvoorstelbaar, maar Newton houdt zich een groot deel van zijn leven bezig met bepaald onwetenschappelijke zaken. Hij is bijvoorbeeld een groot liefhebber van de alchemie, een soort voor-wetenschappelijke scheikunde. Alchemisten denken bijvoorbeeld dat het mogelijk is om gewone metalen om te zetten in goud. Ook besteedt Newton veel tijd en aandacht aan theologie en de bestudering van de Bijbel.

Wet 1: “Als er op een voorwerp geen resulterende kracht werkt, is het in rust of heeft het een constante snelheid.”

De eerste wet van Newton gaat ervan uit dat massa pas in beweging komt als er een kracht wordt gebruikt. Zo niet, dan staat het voorwerp stil of beweegt het zich met een constante snelheid voort. Dat wil zeggen: als je iets wilt versnellen of vertragen, kost dat kracht.

Een kracht die ervoor zorgt dat iets versnelt of vertraagt, wordt in de natuurkunde een resulterende kracht genoemd. Als er geen resulterende kracht op een voorwerp werkt, is het in rust of beweegt het zich met een constante snelheid voort. Dat laatste klinkt misschien raar, maar is heel logisch. Op zo’n voorwerp werkt geen netto kracht: geen versnellende, maar ook geen vertragende kracht. De som van deze krachten is nul (net als dat de som van -1 en +1 nul is), en daarom wordt in de natuurkunde gezegd dat het object ‘vrij’ is.

Maar hoe zit het dan precies? Als een auto met constante snelheid rijdt, is er toch nog steeds een kracht nodig om die voort te bewegen? Ja, dat klopt. Maar, er werkt ook een tegenkracht op: de wrijving van de lucht en de grond. Die is precies even groot als de snelheid waarmee de motor de auto voortbeweegt, waardoor de resulterende kracht dus nul is.

Wet 2: “Hoe zwaarder een object is, hoe moeilijker het is om dat object in beweging te brengen of af te remmen”

De tweede wet van Newton beschrijft dat wanneer een kracht de ene kant op groter (of kleiner) is dan een kracht de andere kant op, dus als er een resulterende kracht op een object werkt, dat er dan een versnelling (of vertraging) plaatsvindt. De versnelling is afhankelijk van de grootte en het gewicht van het voorwerp: het kost meer kracht om een auto in beweging te brengen dan een fiets, omdat een auto een stuk zwaarder is.

Om zo snel mogelijk te zijn, is het daarom handig om het voertuig zo licht mogelijk te maken. Dat volgt uit de tweede wet van Newton. Bij gelijkblijvende kracht, dus met dezelfde hoeveelheid brandstof, krijg je een lichter object makkelijker in versnelling dan een zwaar object. Daarom willen wielrenners een zo licht mogelijke fiets.

Wet 3: “Een kracht heeft altijd een tegengestelde kracht, die de andere kant op werkt.”

De derde wet van Newton wordt ook wel de wet van actie en reactie genoemd: elke actie heeft een tegengestelde en even grote reactie (ofwel ‘actie is min reactie’). Deze wet beschrijft ook dat krachten altijd in paren voorkomen. Dat klinkt heel abstract, maar is in veel gevallen ook te zien: als een geweer een kogel wegschiet, is er altijd een terugslag. Dat laat zien dat niet alleen het geweer een kracht uitoefent op de kogel, maar de kogel ook op het geweer. Het is ook de reden dat je niet zomaar door een stoel zakt. Hoewel jouw lichaam kracht uitoefent op de stoel, oefent de stoel ook kracht uit op jouw lichaam. Daarom kun je gewoon blijven zitten.

Zelf legde Newton zijn ontdekking ooit uit met het beroemde citaat over de appelboom: in de tijd dat zijn universiteit gesloten was, zat hij onder een boom toen een appel uit die boom viel. Toen al bedacht hij dat er een kracht op de appel moest werken die ervoor zorgde dat de appel naar de aarde toe viel. Dit gebeurde in een tijd waarin hij, naar eigen zeggen, de beste ideeën kreeg. Door de pestepidemie sloot de universiteit van Cambridge, waar hij studeerde, twee jaar zijn deuren. In die tijd ging hij terug naar zijn geboorteplaats, waar hij tijd had om zijn ideeën uit te werken.

De ontdekking van het verband tussen kracht, massa en beweging, en dan vooral de ontdekking van de zwaartekracht, maakt dat Newton nog steeds wordt gezien als een van de belangrijkste wetenschappers ooit. Maar, zoals hij het zelf zei:

Zonder eerdere belangrijke ontdekkingen van Johannes Kepler en Galileo Galilei, had hij zijn ontdekkingen nooit kunnen doen.

Met de ontdekking van de zwaartekracht maakt Newton een belangrijke stap in de interpretatie van natuurwetten. Met de ontdekking dat zijn wetten niet alleen op aarde gelden, maar ook buiten onze planeet, maakt Newton een einde aan de tot dan toe geldende ideeën – die hun oorsprong kennen in een theorie van Aristoteles. Die theorie gaat ervan uit dat de natuurwetten op aarde anders zijn dan op de maan en de planeten.

Maar Newton ziet dat de zwaartekracht ook verklaart waarom planeten in hun baan om de zon blijven draaien: zelfs hele grote objecten als de zon, maan en planeten oefenen een kracht op elkaar uit. De zon is zo groot dat die ook een gigantische kracht op de planeten uitoefent, die ervoor zorgt dat de planeten niet rechtdoor gaan, maar dat hun baan telkens een beetje wordt afgebogen.