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牛頓第一定律 |
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牛頓第一運動定律，又稱慣性定律，它科學地闡明了力和慣性這兩個物理概念，正確地解釋了力和運動狀態的關係，並提出了一切物體都具有保持其運動狀態不變的屬性——慣性，它是物理學中一條基本定律。 定律內容 名稱 英文名稱：Newton's First law of MotionGalileo's law of inertia 表達方式 牛頓第一定律的兩種表達方式： 1.一切物體在沒有受到力的作用時（合外力為零時），總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態。 2.當一個質點距離其他質點足夠遠時，這個質點就作勻速直線運動或保持靜止。 第一種表達方式較普遍，第二種表達方式在愛因斯坦和吳大猷的著作中曾經被提到。兩種表達方式等價。 由於物體保持運動狀態不變的特性叫做慣性，所以牛頓第一定律也叫慣性定律。 慣性是一切物體固有的屬性，無論是固體、液體、氣體和等離子體，無論物體是運動還是靜止，都具有慣性。 注：牛頓第一定律不是對所有的參考係都適用。不過我們總能找到那樣的參考系，使牛頓第一定律適用。這樣的參考係被稱為慣性參考系，簡稱慣性系。 定律簡介 概述 該定律說明力並不是維持物體運動的條件，而是使物體加速度或減速度的原因，也就是改變物體運動狀態的原因。牛頓第一定律又稱慣性定律，它科學地闡明了力和慣性這兩個物理概念，正確地解釋了力和運動狀態的關係，並提出了一切物體都具有保持其運動狀態不變的屬性— —慣性，它是物理學中一條基本定律。上述定律主要是從天文觀察中，間接推導而來，是抽象概括的結論，不能單純按字面定義而用實驗直接驗證。和實際情況較接近的說法是：任何物體在所受外力的合力為零時，都保持原有的運動狀態不變。即原來靜止的繼續靜止，原來運動的繼續作勻速直線運動。物體的慣性實質是物體相對於平動運動的慣性，其大小即為慣性質量。物體相對於轉動也有慣性，但它跟第一定律所說的慣性不是一回事，它的大小為轉動慣量。慣性質量和轉動慣量都用來表示慣性，但它們是不同的物理量，中學物理不出現轉動慣量的名詞，可不必提兩者的區別。物體在沒有受到外力作用或所受合外力為零的情況下，究竟是靜止還是作勻速直線運動，這除了和參考係有關外，還要看初始時的運動狀態。 牛頓第一定律說明了兩個問題：⑴它明確了力和運動的關係。物體的運動並不是需要力來維持，只有當物體的運動狀態發生變化，即產生加速度時，才需要力的作用。在牛頓第一定律的基礎上得出力的定性定義：力是一個物體對另一個物體的作用，它使受力物體改變運動狀態。 ⑵它提出了慣性的概念。物體之所以保持靜止或勻速直線運動，是在不受力的條件下，由物體本身的特性來決定的。物體所固有的、保持原來運動狀態不變的特性叫慣性。物體不受力時所作的勻速直線運動也叫慣性運動。牛頓在第一定律中沒有說明靜止或運動狀態是相對於什麼參照系說的，然而，按牛頓的本意，這裡所指的運動是在絕對時間過程中的相對於絕對空間的某一絕對運動。牛頓第一定律成立於這樣的參照系。通常把牛頓第一定律成立的參照系成為慣性參照系，因此這一定律在實際上定義了慣性參照系這一重要概念。牛頓第一定律是作為牛頓力學體系一條規律，它具有特殊意義，是三大定律中不可缺少的獨立定律。不能將第一定律看作牛頓第二定律的特例。注意：力不是產生運動的原因，而是產生加速度的原因！ 適用範圍 牛頓運動定律是建立在絕對時空以及與此相適應的超距作用基礎上的所謂超距作用，是指分離的物體間不需要任何介質，也不需要時間來傳遞它們之間的相互作用．也就是說相互作用以無窮大的速度傳遞． 除了上述基本觀點以外，在牛頓的時代，人們了解的相互作用．如萬有引力、磁石之間的磁力以及相互接觸物體之間的作用力，都是沿著相互作用的物體的連線方向，而且相互作用的物體的運動速度都在常速範圍內． 定律形成 伽利略的貢獻 同一小車從同一斜面上的同一位置由靜止開始滑下，（這是為了保證每次小車到達水平面時有相同的速度，注意要保證單一變量）。第一次在水平面上鋪上毛巾，小車在毛巾上滑行很短的距離就停下了（如圖甲）；第二次在水平面鋪上較光滑的棉布，小車在棉布上滑行的距離較遠(如圖乙)；第三次是光滑的木板，小車滑行的距離最遠(如圖丙)。伽利略認為，是平面對小車的阻力使小車停下，平面越光滑小車滑行就越遠。表明阻力越小，小車滑行就越遠．伽利略科學地想像：要是能找到一塊十分光滑的平面，阻力為零，小車的滑行速度將不會減慢，將勻速行駛下去。 事實上，伽利略真正所做的實驗並不是上面所提到的。上面所提到的實驗主要為初中物理教學時所使用。高中物理會提到伽利略的實驗：兩個相連接的傾斜軌道，小球在軌道上運動會先下降後上升。使一個小球從一個傾斜軌道的某一高度處滑下，小球在經過軌道最低點後沿軌道上升，上升到一定高度後靜止。伽利略發現忽略摩擦力，小球上升的高度與釋放的高度始終相等，於是他推測，如果是一個傾斜軌道接一個水平軌道，那麼小球永遠也不能上升到初始高度，於是小球就將永遠運動下去。 笛卡爾的補充 笛卡爾等人又在伽利略研究的基礎上進行了更深入的研究，他認為：如果運動物體，不受任何力的作用，不僅速度大小不變，而且運動方向也不會變，將沿原來的方向勻速運動下去。 牛頓的偉大貢獻 英國的偉大科學家牛頓，總結了伽利略等人的研究成果；從而概括出一條重要的物理定律：一切物體在沒有受到力的作用的時候，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這就是牛頓第一定律。 發現總結 300多年前，伽利略對類似的實驗進行了分析，認識到：運動物體受到的阻力越小，他的運動速度減小得就越慢，他運動的時間就越長。他還進一步通過進一步推理得出，在理想情況下，如果水平表面絕對光滑，且不受空氣阻力影響，物體受到的阻力為零，它的速度將不會減慢，這時將以恆定不變的速度永遠運動下去。 |
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