kia云手机版登录 一、牛顿第一定律

一、牛顿第一定律

在前一章的时候，我们学习了，那种该咋样去描述物体的运动的方式，然而呢，并没有再进一步地去谈论关于物体为啥会呈现出这种或者那种运动的情况。要是想要去探讨这一问题的话，那就必然得清楚运动跟力之间存在的关系。在这一章里面，我们就要去研究运动与力的关系，进而阐明力乃是致使物体运动状态发生改变的缘由。在力学这个范畴当中，仅仅去研究物体是怎样进行运动的，却并不涉及运动与力的关系的那一分支学科，被称作运动学；而专门研究运动和力的关系的那一分支学科，则叫做动力学。

按照动力学方面的知识来讲，一旦知晓了物体受到的力的状况，那么便能够确定该物体的运动情形；反之，要是清楚了物体的运动情形，同样能够确定物体所受的力的状况，如此一来，我们不但能够对运动予以描述，并且能够创造相应条件以此来操控物体的运动，从而让物体的运动契合人们的要求。

各种机器的设计，交通工具速度的控制，天体运动情形的研究，人造卫星轨道的计算等诸多方面，都离不开动力学知识，而动力学相关的知识于生产以及科学研究领域是极为重要的 。

英国科学家牛顿是动力学的奠基人，牛顿于1687年出版了他的名著《自然哲学的数学原理》，在这部著作里，牛顿提出了三条运动定律，这三条定律总称为牛顿运动定律，而整个动力学的基础便是牛顿运动定律，这一章我们所学习的正是牛顿运动定律。

初中的时候，我们已然学过牛顿第一定律了，这一回，我们先是去回顾一番历史，之后呢，再针对这个定律自身进行些许讨论。

历史被回顾，远在两千多年以前，人们就已经提出了运动和力的关系这个问题，可是一直到伽利略和那个牛顿（1642～1727）所处的时代，才针对这个问题给出了正确的答案。

在十七世纪以前 ，人们普遍觉得力是让物体运动得以维持的缘由 。用力去推车子 ，车才会向前行进 ，一旦停止用力 ，车子就会停下来 。古希腊的哲学家亚里士多德 （公元前384～322）依据这类经验方面的事实得出结论讲 ：一定要有力作用于物体之上 ，物体才能够运动 ，要是没有力的作用 ，物体就会静止下来 。

亚里士多德之后的两千年时间里，动力学始终没什么显著进展开·云体育app下载安装，一直到十七世纪，意大利那位著名的物理学家伽利略，才凭借实验而揭露出现象的本质，指出了亚里士多德观点存在的错误，伽利略发现运动着的物体之所以会停下来，是源于受到摩擦阻力的缘由，他断言，一旦物体拥有某一速度，只要不存在加速或者减速的原因，这个速度将会保持不变，而这种状况只有在摩擦力极小的水平面上才能够近似达到。基于这种观点而言，力并非是用以维持物体的运动，也就是维持物体速度这一情况的原因，反而是用于改变物体运动状态，也就是改变物体速度这类状况的原因。

伽利略究竟是通过怎样的方式得出这个结论的呢，伽利略并非脱离日常经验，而是针对经验展开了分析，他剖析了物体于斜面上的运动情况，察觉到物体沿斜面向下运动时，存在致使加速的因素显现，速度呈现不断增加的态势，沿斜面向上运动时，存在致使减速的因素显现，速度呈现不断减小的态势，他依据这一事实展开推论，指明在不存在倾斜的光滑水平面上，物体的运动理应是既不存在加速也不存在减速的，速度理应是保持不变的，当然伽利略明白，鉴于物体受到摩擦力的阻碍作用，这种水平运动时的速度实际上并非保持不变的。倘若摩擦变小，那么物体以近乎趋向于恒定速度运动的时长便会更久一些。在不存在摩擦这种完美无缺的理想状况下，物体将会以恒定不移的速度持续不断地运动下去。

我们能够借助现代的实验设备去近似地验证上述结论，将物体放置于一个水平导轨之上，并且设法让物体与导轨之间构成气层，物体沿着这种气垫导轨运动的时候摩擦极小，推动一下物体，能够看到物体沿着气垫导轨的运动颇为接近匀速直线运动。

伽利略依据如下理想实验展开推论，如图3-1甲所示，使小球顺着一个斜面由静止状态开始滚落，小球会滚上另一个斜面。要是不存在摩擦，小球会上升至原来的高度，他推断说，倘若减小第二个斜面的倾角（图3-1乙），小球在这个斜面上达到原来的高度时，就要凭借在水平面上以恒定速度持续运动才能实现，并且要通过更长的距离才能到达原来的高度。持续减小第二个斜面的倾角，直至其最终成为水平面，也就是图3-1丙所示的那种情况，此时小球便再也无法达到原来的高度，而是会沿着水平面以恒定速度持续不断地运动下去 。

图 3-1 伽利略的斜面实验

伽利略所做的实验，虽说属于想象里的理想实验，然而却是构建在可靠事实根基之上的，伽利略将经验事实与抽象思维相融合，这恰恰堪称他工作的卓越之处 ，经由伽利略精心地探究理想实验，才致使他对动力学有了重大贡献，此类理想实验是在真实实验那儿，抓取主要因素，忽视次要因素，能够深入地揭示现象的本质，它是科学研究里的一种重要方法 。

笛卡儿，这位与伽利略处于同一时代的法国科学家，在1596年至1650年期间，对伽利略的论点做了进一步的补充以及完善，他首次明确地表述出了惯性定律，笛卡儿觉得：要是不存在其他原因，那么运动着的物体将会持续以同一个速度沿着一条直线进行运动，既不会停止下来，也不会偏离原本的方向。如此这般，笛卡儿为动力学的发展又迈进了重要的一步。

在伽利略等人的研究基础之上，牛顿依据自身的研究，系统地归纳了力学的知识，进而提出了三条运动定律，其中的第一条定律，也就是所谓的牛顿第一定律，其内容为：

所有物体始终维持匀速直线运动状态，或者静止状态，一直到有外力致使它去改变这种状态才能停止。

这便是牛顿第一定律，那种物体所拥有的保持原本匀速直线运动状态或者静止状态的性质被称作惯性，牛顿第一定律又被叫做惯性定律 。

乘坐汽车时，车内乘客，于汽车陡然开动之际，其身体会朝后面倾倒，此乃因汽车已然开始行进，然而乘客鉴于惯性需维系静止状态所致，当汽车骤然停止时，身体会朝前面倾倒，这是由于汽车已经停下，可乘客出于惯性要依照原来速度前行的缘由，所有物体均具备惯性，惯性是物体本就有的性质，物体的运动并不依靠力来维持 。

牛顿第一定律描绘的是一种理想化情形，也就是物体不受外力作用的状况。然而，任何物体都与周围物体存在相互作用，不存在不受外力作用的物体。物体受到几个力作用，若合力为零，也就是这几个力相互平衡，此时物体的运动状态不发生改变。我们平时见到的匀速直线运动状态以及静止状态kiayun手机版登录.v1008.点进白给你1888.中国，实际上都是物体受到相互平衡力作用所致。

阅读材料：爱因斯坦谈运动的问题

存在着一个基本的问题啊，数千年来呢，一直由于它太过繁杂而模糊不明，这个问题已然就是关乎运动的问题了。……试着去想象一下云手机网页版，存在着一个处于静止态势的物体咯，不存在任何的运动情形。倘若要去改变这样一个物体的所在位置呀，那就必然得让它受到力的作用呢，比如说去推它，或者去提它，又或者是由其他的物体像是马、蒸汽机对它施加作用的。我们自己心里的那种直观感觉觉得呀，运动是跟推、提、拉等等的动作相互联系在一起的。经过多次的经验积累呢，让我们更加坚定地相信，要是想要让一个物体运动得愈发快速的话呀，那就必须运用更大的力量去推它。看起来结论是挺浑然天成的：针对一个物体所施加的作用越是强劲，那么它拥有的速度便会更为可观，一辆由四匹马牵拉着行驶的车辆相较于一辆由两匹马牵拉着前行的车辆，其运行的状态会显得更快一点。如此这般，凭借直觉能够推断出，速率大体上是跟作用有关联的。

……

人类思想史上极为伟大的成就之一，是伽利略的发现，以及他所运用的科学推理方法，并且这标志着物理学真正开始。这个发现向我们表明，依据直接观察得出的直觉结论，并非常常可靠，因为它们有时会导向错误线索。

但是，直觉究竟错误于何处呢？去讲一辆由四匹马所驾驭的车，相比一辆由两匹马所驾驭的车，行进得要更快一些，难道这样的表述还能够存在错误吗？

……

要是有人推着一部小车在平坦道路上行走，之后忽然停下推那部小车，小车不会马上静止，它还会持续运动一小段距离，我们提出疑问：怎样能够增加这段距离呢？这存在诸多办法，比如在车轮上面涂抹油脂，将道路修筑得极为平滑等。车轮转动得越发容易、道路越发平滑，车就能够继续运动得越远。然而在车轮上涂油以及把路修平有啥作用呢？只有一种作用：外部的影响变小了。也就是车轮里以及车轮与路之间的那种被称作摩擦力的影响变小了。……假设路是绝对平滑的，同时车轮毫无摩擦，如此一来，就不存在任何东西能够阻止小车，进而小车就会永远不停地运动下去。这个结论源自一个理想实验，然而这个实验在实际情况中是永远没有办法做到的，原因在于根本不可能把所有的外界影响都完全消除掉。这个理想实验为真正构建运动的力学基础指明了线索。

去比较针对这个问题的两种方法，我们能够来讲，按照直觉的观念是这般的：作用越大速度就越大，所以速度自身显示着有无外力施加于物体之上。伽利略所找到的新线索是：一个物体，要是既没有人去推它、拉它，也没有人用别的方式去作用于它，或者简言之，要是没有外力作用。伽利略这个正确的结论隔了一代以后由牛顿把它写成惯性定律。

……

人的思维创造出一个宇宙图景，这个宇宙图景一直在改变。伽利略对科学有着贡献，这一贡献是毁灭直觉的观点，并用新的观点去代替它。而这，就是伽利略发现的重大意义。

这段话是从A·爱因斯坦以及L·英费尔德共同所著的作品《物理学的进化》当中摘取而来的，此处的标题是由编者进行添加的。

练习一

（1）有一个球，其处于运动状态，运动速度为20cm/s，并且此球没有受到力的作用，那么5s之后，它的速度会是多大呢？

第（2）点，在处于行驶状态的火车里面，有一个放置于水平桌面上的小球。当这个小球突然间相对于车厢出现向前运动的情况时，火车的运动状态发生了怎样的改变呢，并且当小球突然相对于车厢产生向后运动的状况时，火车的运动状态又发生了怎样的改变的呢？

地球是自西向东进行转动的，为何当我们向上跳起之后，会落回到原本的位置，而非落到原本位置的西边呢？

（4）分别举出几个利用惯性和防止惯性的不利影响的例子。

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