
艾萨克·牛顿(Isaac Newton)的第一条运动定律描述了静止或线性运动统一的巨大身体的行为,即,不加速或旋转。第一定律指出:“静止的尸体将保持静止状态,除非外部力量采取行动,否则在运动中将继续运动。”
这科学法只是意味着事情不能自行启动,停止或改变方向。它需要从外部对它们作用的力量才能引起这种变化。虽然今天对我们来说这个概念似乎很简单,但在牛顿时代,这确实是革命性的。
牛顿出版了他的运动定律1687年,在他的开创性作品中”哲学家的自然数学原理”((自然哲学的数学原理)他正式地描述了大物体如何在外部力量的影响下移动的描述。
牛顿扩展了早期的工作伽利略·加利利(Galileo Galilei)俄勒冈大学物理学教授格雷格·博顿(Greg Botun)表示,他开发了群众的第一个准确运动定律。伽利略的实验表明,无论大小或质量如何,所有身体都以相同的速度加速。牛顿还批评并扩大了雷内·笛卡尔(Rene Descartes)的工作,后者在1644年也出版了一系列自然法则牛顿出生了。笛卡尔的法律与牛顿的第一项运动法非常相似。
那时,大多数人认为身体的自然状态将要静止。很明显,将运动施加给身体静止的动作需要施加外部力量。但是,还认为它需要连续的外部力量才能使身体保持运动。根据他们对日常物体的经验,这并不是一个完全不合理的结论。毕竟,如果您的马停止拉动,您的马车将停止滚动,如果风停止吹,您的船会停止移动。因此,人们认为这些物体只是恢复了自然的休息状态。意识到必须有一支外部力量来阻止这些物体的动作,这是一个显着的直觉飞跃。
以在冷冻湖的光滑表面上滑动一块平坦的石头。如果那块石头是一块抛光的大理石,它将比粗糙的铺路石更远。显然,摩擦在粗糙的铺路石上比抛光大理石更大。但是,尽管大理石和冰之间的摩擦力小于粗石和冰之间的摩擦力,但它仍然不是零。
那么,如果摩擦力要零,将会发生什么?在这种情况下,牛顿的天才中风是要意识到的是,如果没有外部力量,例如在运动中发挥作用的摩擦,就没有理由停止。
惯性参考帧
大规模机构抵抗运动状态的这种特性称为惯性,这导致了惯性参考帧。惯性参考框架可以描述为既不加速也不旋转的三维坐标系。但是,相对于其他一些惯性参考框架,它可能是统一的线性运动。牛顿从未明确描述过惯性参考框架,但它们是他第一项运动定律的自然结果。
当我们说身体正在运动中时,可能会问到什么?您可以裸身抓住100英里 /小时的棒球吗?如果您乘坐100英里 /小时的火车骑行,那列火车上的人轻轻地将球扔了。火车和轨道都以自己的惯性参考框架存在,并且球的速度取决于观察到的惯性参考框架。如果您站在平台上,那列火车上的一名乘客将球扔到了您的窗户上,那么尝试裸露的手抓住它是不明智的。
牛顿的第一定律
穿越太空的火箭涵盖了牛顿的所有运动定律。
甚至在发射火箭之前,它都位于地球的表面上。它将无限期地静止不动,而没有任何外部力量。当火箭在没有外部力量的情况下滑过空间时,牛顿的第一定律也适用,它将永远以恒定的速度直线行驶。
现在,我们知道当物体没有外部力量时,一个物体的行为如何,当有外部力量(例如引擎发射以将火箭发射到太空中)时会发生什么?这种情况描述了牛顿的第二项运动定律。
现场科学撰稿人雷切尔·罗斯(Rachel Ross)的其他报道。
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