
艾薩克·牛頓爵士的三個運動定律描述了大型身體的運動及其相互作用。儘管牛頓的法律在今天對我們來說似乎很明顯,但三個多世紀前它們被認為是革命性的。
牛頓是有史以來最有影響力的科學家之一。他的想法成為現代物理學的基礎。他建立在以前的科學家(包括伽利略和亞里士多德)的作品中提出的想法,並能夠證明一些過去只是理論的想法。他研究了光學,天文學和數學 - 他發明了微積分。 (德國數學家戈特弗里德·萊布尼茲(Gottfried Leibniz)也在大約同時獨立開發它。)
牛頓也許以研究重力和行星運動的工作而聞名。由天文學家埃德蒙·哈雷(Edmond Halley)承認自己失去了幾年前的橢圓軌道證明,牛頓於1687年在他的開創性作品中發表了法律。哲學家的自然數學原理”((自然哲學的數學原理)他正式地描述了大物體如何在外部力量的影響下移動的描述。
在製定他的三個科學定律,牛頓通過認為它們是沒有大小或旋轉的數學點來簡化了對大型身體的處理。這使他能夠忽略諸如摩擦,空氣阻力,溫度,材料特性等因素,並專注於僅在質量,長度和時間方面描述的現象。因此,這三個定律不能準確地描述大剛性或可變形物體的行為。但是,在許多情況下,它們提供了適當準確的近似值。
牛頓的法律與大規模動議有關慣性參考框架,有時稱為牛頓參考框架,儘管牛頓本人從未描述過這樣的參考框架。慣性參考框架可以描述為固定或線性運動均勻的3維坐標系。即,它不會加速或旋轉。他發現,在這樣的慣性參考框架內的運動可以用三個簡單的定律來描述。
這第一步表明,“靜止的身體將保持靜止,除非由外力採取行動,否則運動的身體將保持運動。”這僅意味著事情不能獨自啟動,停止或改變方向。它需要一定的力量從外部作用,以造成這種變化。大規模機構抵抗運動狀態的這種特性有時稱為慣性。
這二項運動定律描述了一個由外力作用時龐大的身體會發生什麼。它指出:“作用在物體上的力等於該對象的質量乘以其加速度。”這是以數學形式寫的f=m一個, 在哪裡f是力,m是質量,而且一個是加速度。大膽的字母表明力和加速度是向量數量,這意味著它們具有大小和方向。該力可以是單個力,也可以是多個力的矢量總和,這是所有力結合後的淨力。
當恆定的力在巨大的身體上作用時,它會導致其以恆定的速度加速其速度。在最簡單的情況下,施加到靜止物的物體的力使其沿力的方向加速。但是,如果對像已經在運動中,或者從移動的參考框架中查看了這種情況,則該身體可能會根據力的方向以及對象和參考框架相對於彼此移動的方向而加快,減速或更改方向。
這第三運動定律指出,“對於每一個動作,都有一個平等和相反的反應。”該法律描述了一個身體在另一個身體上施加力量時會發生什麼。力總是成對出現的,因此當一個身體向另一個身體推向另一個身體時,第二個身體也會向後推。例如,當您推動推車時,推車向後推向您。當您拉繩子時,繩索向後拉動。當重力將您拉到地面上時,地面向上推向您的腳。當火箭點燃其後面的燃料時,膨脹的廢氣會推到火箭上,從而加速了它。
如果一個對像比另一個對像要大得多,尤其是在第一個對象固定在地球上的情況下,幾乎所有加速度都賦予了第二個對象,並且可以安全地忽略第一個對象的加速度。例如,如果您要向西部扔棒球,那麼您不必考慮您實際上導致地球旋轉在球上時會稍微加快速度。但是,如果您站在溜冰鞋上,並且向前扔保齡球,您將開始以明顯的速度向後移動。
在過去的三個世紀中,無數實驗已經證實了這三個定律,而到目前為止,它們仍然被廣泛使用,以描述我們在日常生活中遇到的各種物體和速度。他們構成了現在所謂的古典力學,這是對大於非常小的尺度大的巨大物體的研究量子力學而且移動的速度比由非常高的速度慢相對論力學。
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