kiayun手机版登录打开即玩v1011.速装上线体验.中国 牛顿第一运动定律

概述

牛顿第一运动定律，也就是Newton's first law of motion，它表明，要是施加于某物体的外力为零，那么该物体的运动速度不会改变。按照这一定律，假定没有任何外力施加其上，或者所施加的外力之和等于零，那么处于运动中的物体始终会保持匀速直线运动状态，而静止的物体一直保持静止状态。物体所展现出来的维持运动状态不变的那种性质称作“惯性”。牛顿第一定律又被叫做“惯性定律”，它只在惯性参考系中成立，惯性参考系又被称为“牛顿参考系”。

在1687年的时候，身为英国物理方面泰斗之人的艾萨克·牛顿，于巨著《自然哲学的数学原理》当中，提出了牛顿运动定律，该定律存在着三条定律，它们分别是牛顿第一运动定律，以及牛顿第二运动定律，还有牛顿第三运动定律。

牛顿第一运动定律历史

于历史之中，第一定律身为经典物理开端之际较早的基石构成部分之一kiayun手机版登录app游戏登录入口.手机端安装.cc，于全部现代物理学范畴以内，它属于不可缺少的基础要点。然而，诸多教科书均未能依照逻辑合理清晰地表述出此定律。从事物理研究的学者约翰·瑞格登觉得该定律是“逻辑方面的恶梦呈现”，不过也赞誉此定律是无法用言语详尽描绘形容的奇妙玄奥。

思路迥异的是伽利略·伽利莱，其所提出的惯性定律显示，唯有施加外力，方可改变物体速度，而维持物体速度恒定，不必借助任何外力，况且为证实自身主张无误的伽利略做了一个思想实验 。要是如右面图展现的那样，使静止着的圆球从点A往斜面AB滚动而下，圆球在滚到最底端之后，又会朝着斜面BC滚动上去，假定两块斜面都极其的平滑，摩擦系数是零，并且不存在空气阻力的情况下，那么圆球就会滚至与点A处于同样高度的点C；对于斜面BD、BE或者BF而言，哪怕圆球滚动的距离会变得越发的长，圆球也依旧会滚到与点A处于相同高度的位置；要是假设斜面是水平面BH，那么该圆球永远都没办法滚到先前的高度，所以会接连不断地呈匀速直线运动 。物体在运动时，倘若没有碰到任何阻碍，就会持续地以匀速直线运动开展，这是伽利略所总结的。伽利略的惯性定律，不仅为动力学的基础做出了重大贡献，它亦彻底地推翻了多年来学者们所研读的亚里斯多德理论，所以使得十七世纪的学者们产生了极大的困惑。然而，伽利略并没有建构出一个新的替代理论，这还需要等待后来牛顿的贡献。

勒内·笛卡尔在1644年所著的《哲学原理》之中，提出了三项自然定律。其中第一条自然定律显示出，要是不把其他影响考虑进去，那么每个物体始终都会处于相同的状态，要是它处于移动状态，那么它会持续不断地移动下去。第二条自然定律表明，所有仅仅依靠内在因素的运动都是直线运动。在这两条自然定律当中，笛卡尔明确宣称，动态与静态是物体的两种基本状态，只有当遭受到外在因素作用时，物体的基本状态才会发生改变。那个笛卡尔所提出的惯性定律之版本，就现代动力学理论奠基这方面而言，其起到的帮助益处是相当多的。牛顿呢，在很早的时候，就已经意识到了笛卡尔状态概念所具备的基础性 。

1673 年，克里斯蒂安·惠更斯发表了著作《摆钟论》 ，这本著作很被牛顿欣赏 ，在这本著作里 ，采用了更明晰的逻辑架构 ， 重新推导了伽利略的自由落体理论 ，惠更斯对于物体的运动提出了三个假设 ，第一个假设是惠更斯版本的惯性定律 ，第一个假设表明 ，假设重力不存在 ，假设空气不会阻碍物体的运动 ，则任意物体的运动会是持续的直线匀速运动 。

伽利略的想法致使牛顿第一定律产生，即不施加外力时，就不存在加速度，所以物体会保持速度不变。牛顿把第一定律的想法归功于伽利略。第一定律实际上是伽利略所提出的惯性定律的再次叙述。

牛顿在写出第一定律之后，紧接着开始描述他所观察到的各类物体的自然运动。对于像飞箭、飞石这类发射体而言，要是不被空气的阻力抗拒，也不被重力吸引而坠落，那么它们就会持续不断地运动。当陀螺旋转的时候，陀螺内部的组成粒子，倘若没有被黏合在一起，便会沿着旋转曲线的切线以直线运动飞奔离开。鉴于这些组成粒子被黏合在一起，要是不受到地面摩擦力与空气阻力的损耗，那么它们会永久不息地共同随着陀螺旋转。像行星、彗星这类星体，在阻力较小的自由空间移动，会更长时期地维持它们的运动轨道，牛顿在这里并未提及第一定律与惯性参考系的关系，他专注的问题是，为何在一般观察里，物体运动状态会被改变，他认为原因是有空气阻力、地面摩擦力等作用于物体，若这些力不存在，运动中的物体就会永远不停做匀速直线运动 。

方程式

某物体，在施加于它的外力为零的情况下，其运动速度不会发生改变，这是牛顿第一定律所表明的。怎样用方程来进行表达，是这样的：

其中，FI是第i个外力，V是速度，T是时间。

物体处于运动里时，不会去改变自身的运动速度，除非存在外力施加在这个物体之上，注意速度属于矢量，物体运动速度的大小以及方向都不会产生改变。

凭借第一定律，通过测量物体运动速度是否产生改变，能够判断有无外力作用于物体，然而，第一定律并未给出该外力的大小，也未给出此外力的来源，它只是把物体运动速度的改变归因于外力施加在了物体上。换个角度来讲，唯有因外力施加于物体，才会致使物体运动发生改变，不然的话，物体的运动将会始终保持不变，这表明，物体具备某种懒得改变运动状态的性质，称作物体的惯性。

绘景

牛顿绘景

第一定律属于物理定律范畴，所以具备可证伪性，也就是通过做实验能够核验第一定律正确与否。做这个实验时，需测量物体运动速度，而这关联到参考系设定。于是，能更详尽地把第一定律表述成：运用某种参考系去做测量，倘若施加于一个物体的外力是零，那么该物体的运动速度不变。

虽于《自然哲学的数学原理》中未确切指明该以怎样的方式诠释作用力，然由第一定律内容可推知，牛顿觉得，零作用力之案例能够轻易被辨别出来。此案例可为惯性参考系予以定义：假若是从一个参考系进行观测，不受力的物体其运动速度保持不变，那么这个参考系便是惯性参考系。于宇宙当中，存在着数目众多可能的参考系，在这些参考系里，符合第一定律的参考系被称作“惯性参考系”，而其他不符合第一定律的参考系则被称作“非惯性参考系”。所以，第一定律能够被看成是惯性参考系的界定。通过做实验去观察物体的运动表现，就能区分出哪个是惯性参考系，哪个不是惯性参考系。到现在，多个处于地球表面固定位置的实验室所开展的诸多有关经典力学的实验表明，这些实验室很适合达成惯性参考系，对于那些不合适的实验，就得设计与建造更为精细的实验室。

在做实验去核对第一定律之际，依然得测量是不是有外力施加到物体之上，这就意味着一定要针对力给出严谨定义。那牛顿呢，当初在《自然哲学的数学原理》里提出第一定律之后，又分别列举出三个用来描述外力与物体运动状态之间关系的案例，这三个案例分别是，空气阻力与重力施加到抛体之上，空气阻力与黏力施加到陀螺之上，行星与彗星在自由空间里进行移动。牛顿还给出了三种外力，分别就是冲击力、压强与离心力。然而呢，他却并没有针对力给出严谨定义。

可采用操作定义的办法，给力予以严格定义，比如，有两个一样的弹簧，要是被压缩相同的距离，那么各自产生的“弹力”（一种物理现象）肯定相等，把这俩弹簧并联，就能产生两倍的弹力。把一物体的两边分别连到这两个弹簧的末端，让弹力的作用方向相反，作用于物体的合力就为零，为给弹力进行定量描述，设定“标准单位力”是某特定弹簧压缩特定距离产生的弹力，任意数量的标准单位力都能通过几个弹簧所构成的系统来达成。弹簧系统能够用来开展测量实验，针对任何力去进行比较，并给出其测量值 。

基尔霍夫绘景

还有一种常见绘景，由古斯塔夫·基尔霍夫最先给出，之后获恩斯特·马赫、海因里希·赫兹等人支持，根据这种绘景，第一定律被当作第二定律零外力特别案例，第二定律被视作力的定义，也就是把力定义成质量与加速度乘积，如此，就无需涉及引入力的概念这一棘手任务。若采用这般绘景，那么第二定律便不再具备任何物理内涵，然而牛顿并未发觉力是质量与加速度的乘积，鉴于这仅仅是一个定义，牛顿所发现的是，物理定律运用力的概念较为易于进行表达。

这般绘景会致使的后果是，整个经典力学会演变成一种公理化理论，所有结论皆源自于这个定义kiayun手机版登录打开即玩v1011.速装上线体验.中国，而非是源出于物理学者们更为偏爱看重的藉由做实验总结归纳而获致的“自然定律”。倘若要把实际物理引入这一公理化理论，那么就必须检验针对力的数据的推导出的后果会否契合实际物理，唯有契合实际物理才能够被采纳，也就是说，从针对力的数据所演绎推出规则规则，其后果必须契合实验的检验，不然无法得纳。

只有从某种特定参考系去观测，才能够将牛顿定律跟实际物理进行接轨，这种特定的参考系是惯性参考系，通过做实验能够找到无限数量的这种惯性参考系。从任何其他种参考系观测，都不能达成接轨的目标。更具体来讲，只有从惯性参考系才可以观测到不受力物体的运动速度不变。

爱因斯坦绘景

阿尔伯特·爱因斯坦的等效原理表明， 存在这样两种情况，其中一种是有一位处于引力场的观察者呈静止状态， 另一种是有一位不处于引力场的观察者呈加速度运动状态。 若这两位观察者感受到的力相等， 那么他们将无法分辨所感受到的究竟是引力， 还是因加速度而产生的惯性力， 同时要注意到惯性 force 的方向与加速度的方向相反， 且惯性力抗拒加速度运动 。随便哪个处于引力场之中的自由落体，都没可能感受到引力，为啥呢，是由于引力已经跟自由掉落时出现加速度运动的惯性力相互抵消了，所以呢，要是从某个参考系去观察开·云体育app下载安装，发现这个自由落体呈现出静止状态，又或者是匀速直线运动状态，那么这个参考系就符合第一定律，这个参考系就是惯性参考系。照这样就能采用一种全新的观点，也就是跟处于引力场的自由落体呈静止状态或者匀速直线运动的参考系是惯性参考系，并且第一定律适用于这个惯性参考系。一个物体出现的无重量现象能够用来辨别惯性参考系。

惯性参考系

当对物体运动予以描述时，唯有相对于特定的物体，或者特定的观察者，又或者特定的时空坐标，才能够确切显示出其物理行为。这些特定的标识被称作参考系。倘若选择了不合适的参考系，那么相关的运动定律或许会比较复杂，在惯性参考系当中，力学定律会呈现出最简单的形式。从惯性参考系进行观察，任何呈匀速直线运动的参考系，同样都是惯性参考系，不然就是“非惯性参考系”。也就是说，牛顿定律满足伽利略不变性，即在所有的惯性参考系里，牛顿定律都维持不变。

牛顿把第一定律构建于一个称作绝对时空的，不依赖外界任何事物独自存在的参考系上。绝对时空是个地位独特的绝对参考系。在绝对时空中，自由物体有保持原来运动状态的性质。这种性质被叫做惯性。所以，第一定律又被称作“惯性定律”。然而从现代物理学的观点来讲，不存在一个地位独特的绝对参考系。

在牛顿那个时期，固定星体常常被当作参考系来使用，之所以如此，是由于就绝对空间而言，它们大体上处于静止不动的状态。在那些针对固定星体呈现出静止不动或者匀速直线运动的参考系当中，牛顿运动定律被认定是正确无误的。然而，学者们如今清楚了，固定星体并非是固定不变的。银河系里面的固定星体会随着整个星系进行旋转，从而展现出自行的现象；而那些处于银河系之外的固定星体会开展它们自身特定的运动，这种情况或许是源于宇宙膨胀、本动速度等诸多因素。当下，惯性参考系的概念已经不再依赖绝对空间或者固定星体了。取而代之，依据于某参考系里物理定律的简单性质，学者能够辨别出这参考系是不是惯性参考系。更为精确来讲，要是虚设力不存在，那么这参考系属于惯性参考系；反之，就不是惯性参考系。

事实上，虽说并非必要条件，选取以固定星体去近似惯性参考系，所造成的误差极为微小。举例说，地球围绕太阳公转所产生的离心力，与太阳围绕银河系中心公转所产生的离心力相比，前者要比后者大三千万倍。因而，在对太阳系中星体的运动展开研究时，太阳是一个不错的惯性参考系。