內容:任何情況下,所有物體在不受外力作用時,總是保持靜止或勻速直線運動。
描述:物體趨向於保持靜止,勻速直線運動,所以物體的運動狀態是由其運動速度決定的,不存在外力。它的運動狀態不會改變。物體保持原來運動狀態不變的性質叫做慣性。所以牛頓第壹定律也叫慣性定律。第壹定律也闡明了力的概念。明確力是物體之間的相互作用,指出它改變物體的運動狀態。因為加速度描述的是物體運動狀態的變化,力與加速度有關,與速度無關。
註意:
1.牛頓第壹定律在所有參考系中都不成立,事實上,它只在慣性參考系中成立。所以牛頓第壹定律是否成立,常被作為壹個參照系是否慣性的判據。
2.牛頓第壹定律是通過分析事實,進壹步概括和推理得出的。我們周圍的壹切都會受到這個力或那個力的影響,所以無法通過實驗直接驗證這個規律。但是所有從定律中得出的推論都經受住了實踐的考驗,所以牛頓第壹定律成為了大家公認的力學基本定律之壹。
牛頓第二定律
定律內容:物體的加速度與合力成正比,與物體的質量成反比,加速度的方向與合力的方向相同。
公式:f =ma
壹些註意事項:
(1)牛頓第二定律是力的瞬時定律。力和加速度同時產生、變化、消失。
(2)F=ma是向量方程,應用時要指定正方向。任何與正方向相同的力或加速度都應取正值,否則取負值。壹般來說,加速度的方向總是取反方向。
(3)根據力的獨立作用原理,用牛頓第二定律處理物體在平面內的運動時,作用在物體上的力可以正交分解,牛頓第二定律的分量形式可以應用在兩個相互垂直的方向上:FX = Max,FY = May。
牛頓第二定律的三個性質;
(1)矢量性:力和加速度都是矢量,物體加速度的方向由施加的外力的方向決定。牛頓第二定律數學表達式∑F = ma中,等號不僅意味著左右兩邊數值相等,還意味著物體的加速度方向與所受外力方向相同。
(2)瞬時性:當作用在物體(具有壹定質量)上的外力發生突變時,該力所決定的加速度的大小和方向也發生突變;合力為零時,加速度也同時為零,加速度和合力是壹壹對應的。牛頓第二定律是壹個瞬時對應定律,表現了力的瞬時效應。
(3)相對性:自然界存在壹種坐標系。在這個坐標系中,物體不受力時,會保持勻速直線運動或靜止狀態。這個坐標系叫做慣性參考系。地面和相對於地面靜止或勻速直線運動的物體都可以看作慣性參考系,牛頓定律只在慣性參考系中成立。
適用範圍:
(1)只適用於低速(比光速慢)運動的物體。
(2)只適用於宏觀物體,牛頓第二定律不適用於微觀原子。
(3)參照系應該是慣性系。
牛頓第三定律
內容:作用在兩個物體上的壹對力,方向相反,大小相等,作用在同壹直線上,作用在兩個不同的物體上。
表達式:F1=F2,F1代表作用力,F2代表反作用力。
適用範圍:
牛頓運動定律就是所謂的基於絕對時空的超距作用和相應的超距作用,也就是說分離的物體不需要任何介質或時間來傳遞它們的相互作用,即相互作用以無限的速度傳遞。
除了上述基本思想,在牛頓時代,人們理解的引力、磁鐵間的磁力、相互接觸的物體間的力等相互作用都是沿著相互作用物體的連線方向,相互作用物體的運動速度在恒速範圍內。
在這種情況下,牛頓從實驗中發現了第三定律。“每壹個動作總是有壹個相等的反作用力及其相對的阻力;換句話說,兩個物體之間的相互作用總是相等的,它們都指向對方。”作用力和反作用力的線是相等的、相反的和* * *,它們相互作用,同時具有相同的性質。這些往往是我們在講授這個規律時要強調的內容。而且在壹定範圍內,牛頓第三定律與物質系統的動量守恒密切相關。
但隨著人們對物體間相互作用認識的發展,在19世紀發現了電和磁的關系,建立了電場和磁場的概念。除了沿連線方向的靜電荷間的庫侖力相互作用外,發現運動電荷還受到磁場力即洛倫茲力的影響。運動電荷會激發磁場,所以兩個運動電荷之間存在相互作用。麥克斯韋(1831-1879)在電磁現象研究的基礎上,從1855到1873完成了對電磁現象及其規律的全面研究,建立了系統的電磁理論,發現了電磁學。
隨著物理學的深入發展,揭示出牛頓第三定律並不適用於所有的相互作用。如果靜止電荷之間的庫侖相互作用是沿著兩個電荷的連線,靜電相互作用可以看作是以“無限速度”傳遞的距離效應,那麽牛頓第三定律仍然適用,那麽對於運動電荷之間的相互作用,牛頓第三定律就不適用了。如圖所示,運動電荷B通過激發磁場作用於運動電荷A的力為(不沿AB連線),而運動電荷A的磁場此時對電荷B沒有力(圖中未示出二者之間的庫侖力)。因此,此時力沒有反作用力,作用力與反作用力定律在此失效。
實驗表明,通過電磁場傳輸的短距離相互作用總是存在時間延遲的。對於有延遲效應的相互作用,牛頓第三定律顯然不適用。事實上,牛頓第三定律只對兩個物體沿直線的相互作用(稱為向心力)有效,並且這種相互作用的傳遞時間可以忽略(即可以視為遠距離直接作用)。
但在牛頓力學體系中,與第三定律密切相關的動量守恒定律是普遍的自然定律。從物理粒子的力學動量守恒到所有粒子和場的總動量守恒,動量守恒定律成為普遍的守恒定律。