1、牛頓第一定律:
牛頓第一定律奠定了整個(gè)牛頓力學(xué)的基礎(chǔ),它定義了兩個(gè)概念——慣性和力,指出了慣性和力怎樣影響著物體的運(yùn)動(dòng):
慣性是一切物體都具有的一種本性——抵抗速度改變的性質(zhì);力是改變物體速度的原因——即產(chǎn)生加速度的原因;
物體不受力時(shí),由于慣性,物體的自然運(yùn)動(dòng)是速度不變的運(yùn)動(dòng)——?jiǎng)蛩僦本運(yùn)動(dòng)(或者保持靜止);物體受力時(shí),物體的速度就要變化,不過(guò),此時(shí)慣性仍然有表現(xiàn)——它抵抗速度的改變,使得物體的速度只能漸變,不能突變。
注意:不受力,不包括所受合力為零的情況,具體解釋見(jiàn)牛頓第二定律。
2、牛頓第二定律
牛頓第一定律定義了慣性和力的概念,定性指出了慣性和力對(duì)物體速度的影響;牛頓第二定律在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步定量的定義了慣性的大小和力的大小,定量的指出了慣性大小和力的大小對(duì)物體運(yùn)動(dòng)(具體化為加速度)的影響。
慣性大小——慣性質(zhì)量的定義,是牛頓第二定律給出的,這是大多數(shù)中學(xué)老師所不知道的;大學(xué)教材中慣性質(zhì)量的操作定義是這樣的——兩個(gè)孤立物體相互作用,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,兩個(gè)物體的速度該變量分別為Δv1和Δv2,則兩個(gè)物體的慣性質(zhì)量大小之比就是m1/m2=Δv2/Δv1,即m1/m2=(Δv2/Δt)/(Δv1/Δt),即m1/m2=a1/a2。具體請(qǐng)參見(jiàn)大學(xué)教材“動(dòng)量守恒”一章。
力的大小,是在慣性質(zhì)量大小定義的基礎(chǔ)上,由F=ma來(lái)定義的,即力是由加速度來(lái)定義的。從力的定義可以看出來(lái),牛頓第二定律首先是一個(gè)定義式;但是牛頓第二定律之所以稱之為定律,是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不僅僅對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物體,a∝F,而且對(duì)任何物體,也有a∝F——此處的F的大小是用標(biāo)準(zhǔn)物體來(lái)定義的。
牛頓第二定律a=F/m。這個(gè)表達(dá)式是和牛頓第一定律協(xié)調(diào)的,當(dāng)F=0時(shí),a=0,即物體由于慣性做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)F≠0時(shí),由于任何物體的質(zhì)量都不為零,因此物體加速度并不是無(wú)窮大,有運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可知,物體的速度就只能隨著時(shí)間逐漸變化,而不能突變。中學(xué)階段的題目常常涉及到輕質(zhì)物體,其質(zhì)量忽略不計(jì),因此它們的速度是可以突變的。
當(dāng)物體收到了力卻做勻速直線運(yùn)動(dòng)或保持靜止時(shí),即受了力加速度卻為0,由牛頓第二定律,可知物體所受合力為0。顯然物體所受合力大小為0,實(shí)際上是由加速度為0定義出來(lái)的,因此,物體所受合力為零,是牛頓第二定律的結(jié)果,而非牛頓第一定律的內(nèi)容。牛頓第一定律中的自然運(yùn)動(dòng),是嚴(yán)格不受力時(shí)的情況。
三、牛頓第三定律
牛頓第一定律和第二定律定義了力的概念和計(jì)算測(cè)量方法,但是并沒(méi)有指出力的來(lái)源和性質(zhì)。力可以由引力質(zhì)量產(chǎn)生,可以由物體形變產(chǎn)生,可以由接觸物體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生…這些力具有些什么特性?這是牛頓第一、二定律所不能完全解決的問(wèn)題。
力的特性,是矢量性、獨(dú)立性和相互性,其中矢量性和獨(dú)立性(力的獨(dú)立作用原理)已經(jīng)由牛頓第二定律解決;力的相互性,則用牛頓第三定律確定了下來(lái)——當(dāng)然,牛頓第三定律不僅僅指出了力是相互的,而且指出了作用力與反作用力的大小關(guān)系和方向關(guān)系,這就確保了動(dòng)量守恒、能量守恒、角動(dòng)量守恒等守恒定律的成立。
牛頓第三定律是確定力的性質(zhì)的定律,是獨(dú)立于第一、第二定律之外的,又是對(duì)第一、第二定律的重要補(bǔ)充——它使動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象不限于單個(gè)質(zhì)點(diǎn),而且還能夠用于多個(gè)質(zhì)點(diǎn)或者不能視為質(zhì)點(diǎn)的物體……它指出了自然界物體運(yùn)動(dòng)是相互聯(lián)系在一起的,而不是彼此孤立的……
四、牛頓定律在牛頓力學(xué)中的地位
牛頓力學(xué)是一套完備的動(dòng)力學(xué)理論體系,其最初建立,是參考了歐幾里得幾何學(xué)的;歐氏幾何是一個(gè)完備的公理體系,基于幾條基本假設(shè)——公理,借助一些定義和邏輯演繹的力量,即可導(dǎo)出一系列定理、推論……牛頓力學(xué)的三條公理就是牛頓三大定律。如果有興趣,去讀一讀《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,你會(huì)看到明顯的歐氏幾何的寫(xiě)作風(fēng)格。
本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/1024122.html
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