牛顿三定律

牛顿三定律

牛顿第一定律

一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态

牛顿第一运动定律（Newton's first law of motion）表明，除非有外力施加，物体的运动速度不会改变。根据这定律，假设没有任何外力施加或所施加的外力之和为零，则运动中物体总保持匀速直线运动状态，静止物体总保持静止状态。物体所显示出的维持运动状态不变的这性质称为惯性。所以，这定律又称为惯性定律。

中文名称

牛顿第一运动定律

外文名称

Newton's First law of Motion

提出者牛顿

应用学科物理

别名惯性定律

适用领域范围力和运动状态的关系

牛顿第一定律表明，一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。换句话说，假若施加于物体的合外力为零，则物体

的运动速度为常数。根据这定律，静止的物体会保持静止，除非有合外力施加于这物体。运动中的物体不会改变其速度，除非有合外力施加于这物体。注意到速度是个矢量，物体运动速度的大小与方向都不会改变。

英国著名物理学家牛顿在伽利略等科学家研究的基础上，对大量的实验事实进行深入探究，总结出一条定律：一切物体在不受外力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态后人称之为牛顿第一定律。在高中课本是这样描述的：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态（因为不受力的物体是不存在的）。

当描述物体运动时，只有相对于特定的物体、观察者或者时空坐标，才能确实显示出其物理行为。这些特定的标识称为参考系。假若选择了不适当的参考系，则相关的运动定律可能会比较复杂，在惯性参考系中，力学定律会展现出最简单的形式。从惯性参考系观察，任何呈

匀速直线运动的参考系，也都是惯性参考系，否则是“非惯性参考系”。换句话说，牛顿定律满足伽利略不变性，即在所有惯性参考系里，牛顿定律都保持不变。

牛顿阐述第一定律的方式很值得一提，他将第一定律建立在一个所谓的绝对时空——不依赖于外界任何事物而独自存在的参考系。绝对时空是一个地位独特的绝对参考系。在绝对时空中，物体具有保持原来运动状态的性质。这性质称为惯性。因此，第一定律又称为惯性定律。但以现代物理学的观点看来，并不存在一个地位独特的绝对参考系。

在牛顿时期，固定星体时常被用为参考系，这是因为，相对于绝对空间，它们大致静止不动。在那些相对于固定星体呈静止不动或匀速直线运动的参考系中，牛顿运动定律被认为正确无误。但是，学者们现在知道，固定星体并不是固定不动。在银河系内的固定星体会随着整个星系旋转，显示出自行；而那些在银河系外的固定星体会从事它们自己的运动，这可能是因为宇宙膨胀、本动速度等等。现在，惯性参考系的概念不再倚赖绝对空间或固定星体。替而代之，根据在某参考系中物理定律的简易性质，学者可以辨识这参考系是否为惯性参考系。更确切而言，假若虚设力不存在，则这参考系是惯性参考系；否则，不是惯性参考系。

实际而言，虽然不是必要条件，选择以固定星体来近似惯性参考系，这动作造成的误差相当微小。例如，地球绕着太阳的公转所产生的离心力，比太阳绕着银河系中心的公转所产生的离心力，要大三千万倍。所以，在研究太阳系中星体的运动时，太阳是一个很好的惯性参考系。

牛顿第二定律

物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

而以物理学的观点来看，牛顿运动第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受外力之和成正比”，即动量对时间的一阶导数等于外力之和。牛顿第二定律说明了在宏观低速下，比例式表达：a∝F/m，F∝ma；用数学表达式可以写成F=kma，其中的k为比例系数，是一个常数。但由于当时没有规定多大的力作为力的单位，比例系数k的选取就有一定的任意性，如果取k=1，就有F=ma，这就是今天我们熟知的牛顿第二定律的数学表达式。

中文名称牛顿第二运动定律

外文名称Newton's second law of motion

提出者牛顿

应用学科物理

Newton's Second Law of Motion-Force and Acceleration

物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.

在国际单位中，力的单位是牛顿，符号N，它是根据牛顿第二定律定义的:使质量为1kg的物体产生1m/s^2;加速度的力，叫做1N。即1N=1kg·m/s^2。

牛顿第二定律的适用范围：

（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）.

（2）只适用于宏观物体,牛顿第二定律不适用于微观原子.

（3）参照系应为惯性系.

F合=ma (单位:N(牛)或者千克米每二次方秒)N=(kg×m)/(s×s)

(当单位皆取国际单位制时,k=1,F=kma即为F=ma)

牛顿发表的原始公式:F=△(mv)/△t(见自然哲学之数学原理)

动量为p的物体，在合外力为F的作用下，其动量随时间的变化率等于作用于物体的合外力。

用通俗一点的话来说，就是以t为自变量，p为因变量的函数的导数，就是该点所受的合外力。

即:F=△p/△t=△(mv)/△t

而当物体低速运动，速度远低于光速时，物体的质量为不依赖于速度的常量，所以有

F=m(△v/△t)=ma

这也叫动量定理。在相对论中F=ma是不成立的，因为质量随速度改变，而F=△(mv)/△t 依然使用。

由实验可得在加速度一定的情况下F∝m，在质量一定的情况下F∝a

(只有当F以N,m以kg，a以m/s^2为单位时，F合=ma 成立)

牛顿第二定律可以用比例式来表示，这就是

a∝F/m 或F∝ma

这个比例式也可以写成等式

F=kma 其中k是比例系数高中物理必修一