伽利略就已經(jīng)提出了力是改變變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的因素的觀點(diǎn),,而且發(fā)現(xiàn)在重力作用下物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度是恒定的,。牛頓在伽利略的基礎(chǔ)上總結(jié)出了三條運(yùn)動(dòng)定律,它們一起構(gòu)成一個(gè)完備的體系,。 牛頓第一定律 任何物體都保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),,直到作用在它上面的力使他改變這種狀態(tài)為止。 牛頓第二定律 物體受到外力作用時(shí),,其加速度的大小與外力的大小成正比,,與物質(zhì)的(慣性)質(zhì)量成反比,加速度的方向與外力的方向相同,。 牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 F=ma 牛頓第三定律 兩個(gè)物體之間的作用力跟反作用力在同一直線上,,大小相等,方向相反,。 牛頓第三定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 FAB=-FBA 三條定律之間的邏輯 前面已經(jīng)對(duì)三條定律之間的邏輯做過詳細(xì)的討論(牛頓運(yùn)動(dòng)定律的邏輯),。牛頓第一定律中所說的物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)叫作慣性,因此牛頓第一定律提出了力和慣性的概念,。牛頓第一定律并不是對(duì)所有參考系都適用,,適用的參考系叫做慣性參考系,簡(jiǎn)稱慣性系,,不適用的參考系叫做非慣性參考系,,簡(jiǎn)稱非慣性系。牛頓第二定律也只適用于慣性參考系,,而且只適用于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),。牛頓第二定律跟牛頓第三定律中涉及到兩個(gè)不能直接測(cè)量的物理量——力和慣性質(zhì)量,因此兩條定律必須同時(shí)存在才有意義,,因?yàn)檫@才能給出方程組聯(lián)立解出力和慣性質(zhì)量,。因此牛頓第二定律給出了力和慣性質(zhì)量的明確定義。自然,,牛頓第一定律也就成了整套牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用的必要條件,,而適用的充要條件為“慣性系中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)”。當(dāng)然,牛頓第一定律也不能單獨(dú)存在,,因?yàn)榕nD第一定律中所說的力要靠第二定律和第三定律來定義,,不然在沒有給出力的定義的情況下說力改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是沒有意義的。 因此三條定律一起構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的封閉體系,,沒有先后之分也沒有主次之分,,必須同時(shí)出現(xiàn),缺一不可,。這大概也是叫作牛頓運(yùn)動(dòng)定律而不叫伽利略運(yùn)動(dòng)定律的原因吧,盡管伽利略更早就提出過三條定律中的部分觀點(diǎn),。例如伽利略指出了物體在不受外力作用下將保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),,但他卻根本沒有明確地定義力是什么。 值得注意的是牛頓運(yùn)動(dòng)定律中定義的慣性質(zhì)量是一個(gè)意義非常深刻的概念,,因?yàn)樗俏矬w的一個(gè)固有屬性,,與物體的狀態(tài)和所處的環(huán)境無關(guān)(姑且不考慮相對(duì)論效應(yīng)),這反過來也表明了這樣定義力和質(zhì)量的合理性,。另外,,之所以叫慣性質(zhì)量,是為了區(qū)別于萬有引力定律中的引力質(zhì)量,,后者也是物體的固有屬性,,但跟慣性質(zhì)量是兩回事(至少在牛頓力學(xué)里面是這樣)。 |
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