
艾薩克·牛頓(Isaac Newton)的第一條運動定律描述了靜止或線性運動統一的巨大身體的行為,即,不加速或旋轉。第一定律指出:“靜止的屍體將保持靜止狀態,除非外部力量採取行動,否則在運動中將繼續運動。”
這科學法只是意味著事情不能自行啟動,停止或改變方向。它需要從外部對它們作用的力量才能引起這種變化。雖然今天對我們來說這個概念似乎很簡單,但在牛頓時代,這確實是革命性的。
牛頓出版了他的運動定律1687年,在他的開創性作品中”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。
牛頓擴展了早期的工作伽利略·加利利(Galileo Galilei)俄勒岡大學物理學教授格雷格·博頓(Greg Botun)表示,他開發了群眾的第一個準確運動定律。伽利略的實驗表明,無論大小或質量如何,所有身體都以相同的速度加速。牛頓還批評並擴大了雷內·笛卡爾(Rene Descartes)的工作,後者在1644年也出版了一系列自然法則牛頓出生了。笛卡爾的法律與牛頓的第一項運動法非常相似。
那時,大多數人認為身體的自然狀態將要靜止。很明顯,將運動施加給身體靜止的動作需要施加外部力量。但是,還認為它需要連續的外部力量才能使身體保持運動。根據他們對日常物體的經驗,這並不是一個完全不合理的結論。畢竟,如果您的馬停止拉動,您的馬車將停止滾動,如果風停止吹,您的船會停止移動。因此,人們認為這些物體只是恢復了自然的休息狀態。意識到必須有一支外部力量來阻止這些物體的動作,這是一個顯著的直覺飛躍。
以在冷凍湖的光滑表面上滑動一塊平坦的石頭。如果那塊石頭是一塊拋光的大理石,它將比粗糙的鋪路石更遠。顯然,摩擦在粗糙的鋪路石上比拋光大理石更大。但是,儘管大理石和冰之間的摩擦力小於粗石和冰之間的摩擦力,但它仍然不是零。
那麼,如果摩擦力要零,將會發生什麼?在這種情況下,牛頓的天才中風是要意識到的是,如果沒有外部力量,例如在運動中發揮作用的摩擦,就沒有理由停止。
慣性參考幀
大規模機構抵抗運動狀態的這種特性稱為慣性,這導致了慣性參考幀。慣性參考框架可以描述為既不加速也不旋轉的三維坐標系。但是,相對於其他一些慣性參考框架,它可能是統一的線性運動。牛頓從未明確描述過慣性參考框架,但它們是他第一項運動定律的自然結果。
當我們說身體正在運動中時,可能會問到什麼?您可以裸身抓住100英里 /小時的棒球嗎?如果您乘坐100英里 /小時的火車騎行,那列火車上的人輕輕地將球扔了。火車和軌道都以自己的慣性參考框架存在,並且球的速度取決於觀察到的慣性參考框架。如果您站在平台上,那列火車上的一名乘客將球扔到了您的窗戶上,那麼嘗試裸露的手抓住它是不明智的。
牛頓的第一定律
穿越太空的火箭涵蓋了牛頓的所有運動定律。
甚至在發射火箭之前,它都位於地球的表面上。它將無限期地靜止不動,而沒有任何外部力量。當火箭在沒有外部力量的情況下滑過空間時,牛頓的第一定律也適用,它將永遠以恆定的速度直線行駛。
現在,我們知道當物體沒有外部力量時,一個物體的行為如何,當有外部力量(例如引擎發射以將火箭發射到太空中)時會發生什麼?這種情況描述了牛頓的第二項運動定律。
現場科學撰稿人雷切爾·羅斯(Rachel Ross)的其他報導。
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