牛顿定律的定义-《大学物理教程》

16世纪以后，人们开始通过科学实验，对力学现象进行定量的研究。许多物理学家、天文学家，如哥白尼、布鲁诺、伽利略、开普勒等，做了很多艰巨的工作。他们使力学研究逐渐摆脱传统观念的束缚，取得了很大的进展。后来，牛顿在前人研究和实践的基础上，经过深入思考和数学计算，提出了牛顿定律。牛顿定律分为牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律，具体介绍如下。

1.牛顿第一定律

按照古希腊哲学家亚里士多德的说法，静止是物体的自然状态，要使物体以某一速度作匀速运动，必须有力对它作用才行。在亚里士多德看来，这确实是真理。人们的确看到，在水平面上运动的物体最后都要趋于静止，从地面上抛出的石子最终都要落回地面。在亚里士多德以后的漫长岁月中，这种看法一直被许多哲学家和不少物理学家所接受。直到17世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略指出，物体沿水平面滑动趋于静止的原因是有摩擦力作用在物体上。他从实验中总结出在略去摩擦力的情况下，如果没有外力作用，物体将以恒定的速度运动下去。力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因。牛顿继承和发展了伽利略的见解，并第一次用概括性的语言把它表达了出来。

牛顿第一定律表述为：任何物体都要保持其静止或匀速直线运动的状态直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。牛顿第一定律的数学形式表示为

式中，F为物体受到的合力；v为速度；t为时间。

牛顿第一定律表明，任何物体都具有保持原有运动状态的性质，称为惯性。因此，牛顿第一定律也称为惯性定律。

同时，牛顿第一定律还阐明力的作用是迫使物体运动状态改变，而物体的惯性企图保持物体的运动状态不变。力是物体之间相互作用，是改变运动状态的原因。

在自然界中完全不受其他物体作用的物体实际上是不存在的，物体总要受到接触力或场力的作用，因此，第一定律不能简单地直接用实验加以验证。

2.牛顿第二定律

在牛顿第一定律的基础上，牛顿第二定律对物体机械运动的规律，作了定量的陈述，牛顿第二定律表明，物体受到外力作用时，它所获得加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。

在国际单位制中，有这就是牛顿第二定律的数学表达式，它是矢量式，又称牛顿力学的质点动力学方程。

牛顿第二定律说明了任一物体在不同外力作用下，物体的加速度与外力之间的同向、正比关系。同时，牛顿第二定律也说明了不同物体在相等的外力作用下，物体的加速度与物体的质量之间的反比关系。相等的外力作用在不同的物体上，质量大的物体获得的加速度小，质量小的物体获得的加速度大。这就意味着前者（质量大的物体）要改变其运动状态比较困难，即其惯性较大；后者（质量小的物体）要改变其运动状态比较容易，即其惯性较小。因此，质量就是物体惯性大小的量度。应用牛顿第二定律解决问题时应注意其适用条件，即质点、惯性参考系和宏观、低速运动。

应用牛顿第二定律解决问题时还应注意以下几点：(www.xing528.com)

（1）牛顿第二定律只适用于质点的运动。物体作平动时，物体上各质点的运动情况完全相同，所以物体的运动可看作是质点的运动，此时这个质点的质量就是整个物体的质量。以后如不特别指明，在讨论物体的平动时，都是把物体当作质点来处理的。

（2）力是产生加速度的原因，而不是物体具有速度的原因。牛顿第二定律表示的合外力与加速度之间的关系是瞬时对应的关系。

（3）牛顿第二定律概括了力的叠加原理。如果有几个力同时作用在一个物体上，则这些力的合力所产生的加速度等于每个力单独作用在该物体上所产生的加速度之矢量和。

（4）牛顿第二定律只适用于研究宏观物体和低速运动问题，同时所用参考系是惯性参考系，即只适用于对地面静止或作匀速直线运动的参考系。

在直角坐标系中，式（2-2）的分量式为

在研究曲线运动时，也可以用自然坐标系中的切向分量式和法向分量式，即

式中，Fn和Ft分别表示合力的法向分量和切向分量；ρ表示质点所在位置的曲线的曲率半径。

3.牛顿第三定律

力是物体对物体的作用，当甲物对乙物施加力的作用的同时，也受到乙物对它施加的方向相反的作用力，因此，物体间的作用力总是相互且成对出现的。我们把两个物体间相互作用的这对力叫作作用力和反作用力，它们遵从的规律就是牛顿第三定律。

牛顿第三定律：两个物体之间的作用力F和反作用力F′总是沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上，即

应用牛顿第三定律分析物体受力情况时必须注意：作用力和反作用力总是成对出现的，且作用力和反作用力之间的关系一一对应，同时产生，同时消失，并分别作用在两个物体上；作用力和反作用力属于同种性质的力，如作用力是万有引力，那么反作用力也一定是万有引力。

物体间并不是相互孤立的，而是相互联系、相互作用的，力就是从一个方面反映了这种相互作用，因此力的概念是力学中的一个基本概念。力不是凭空产生的，因此分析力时应该、而且也只能从物体间的相互联系上去寻找力。牛顿定律是从实践中归纳出来的客观规律，它们的正确性是在实践中被直接或间接证明了的。