第二章 第二节 牛顿运动定律
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01-02-02
牛顿运动定律

牛顿

1686年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中发表了牛顿运动三定律。

 
  17世纪,近代科学的先驱者伽利略首创用实验方法研究力学问题,由此推论出:若消除摩擦力的影响,物体将无需依赖外力的不断推动,而永远保持其运动状态不变。

  后来,牛顿对机械运动的规律作了审慎而又深入的研究,根据伽利略的上述思想和当时对某些力学规律的认识,总结成第一和第二定律。在惠更斯研究物体弹性碰撞的基础上,牛顿又提出表述作用力与反作用力关系的第三定律。最后在1686年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中发表了这三条定律。



  牛顿第一定律表述:任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直至其他物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。

  任何物体具有保护静止或匀速直线运动的性质,称为惯性。因此,牛顿第一定律也称为惯性定律。

  这里提出了一个重要问题,孤立物体的静止或匀速直线运动是相对于哪个参考系而言的?这个参考系是否象运动学中那样可以任意选取?请看示例

  如果牛顿第一定律在某个参考系中适用,则这个参考系成为惯性参考系,简称惯性系。凡是对惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系。地球仅是个近似的惯性参考系


  牛顿第一定律阐明了受力物体相对于惯性系的运动状态将发生变化(产生加速度),由此指出力的含义。
  牛顿第二定律则进一步说明物体在外力作用下运动状态的变化情况,并给出力、质量(惯性的量度)和加速度三者之间的定量关系:F=kma (式中比例系数 k 决定于力、质量和加速度的单位)。

  在国际单位制中

F=ma

这就是牛顿第二定律的数学表达式,它是矢量式。F为合外力,合外力产生的加速度等于各分力产生的加速度的矢量和。Fa的关系为瞬时关系。

  根据自由落体运动的情形ag和牛顿第二定律的数学表达式,可给出质量为m的物体所受重力W

Wmg

 

  当物体A以力作用在物体B上时,物体B同时也以力作用在物体A上,在一条直线上,大小相等而方向相反,即