牛顿三定律

牛顿三定律牛顿第一定律一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态牛顿第一运动定律（Newton's first law of motion）表明，除非有外力施加，物体的运动速度不会改变。

根据这定律，假设没有任何外力施加或所施加的外力之和为零，则运动中物体总保持匀速直线运动状态，静止物体总保持静止状态。

物体所显示出的维持运动状态不变的这性质称为惯性。

所以，这定律又称为惯性定律。

中文名称牛顿第一运动定律外文名称Newton's First law of Motion提出者牛顿应用学科物理别名惯性定律适用领域范围力和运动状态的关系牛顿第一定律表明，一切物体在没有受到力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

换句话说，假若施加于物体的合外力为零，则物体的运动速度为常数。

根据这定律，静止的物体会保持静止，除非有合外力施加于这物体。

运动中的物体不会改变其速度，除非有合外力施加于这物体。

注意到速度是个矢量，物体运动速度的大小与方向都不会改变。

英国著名物理学家牛顿在伽利略等科学家研究的基础上，对大量的实验事实进行深入探究，总结出一条定律：一切物体在不受外力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态后人称之为牛顿第一定律。

在高中课本是这样描述的：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态（因为不受力的物体是不存在的）。

当描述物体运动时，只有相对于特定的物体、观察者或者时空坐标，才能确实显示出其物理行为。

这些特定的标识称为参考系。

假若选择了不适当的参考系，则相关的运动定律可能会比较复杂，在惯性参考系中，力学定律会展现出最简单的形式。

从惯性参考系观察，任何呈匀速直线运动的参考系，也都是惯性参考系，否则是“非惯性参考系”。

换句话说，牛顿定律满足伽利略不变性，即在所有惯性参考系里，牛顿定律都保持不变。

牛顿阐述第一定律的方式很值得一提，他将第一定律建立在一个所谓的绝对时空——不依赖于外界任何事物而独自存在的参考系。

绝对时空是一个地位独特的绝对参考系。

在绝对时空中，物体具有保持原来运动状态的性质。

这性质称为惯性。

因此，第一定律又称为惯性定律。

但以现代物理学的观点看来，并不存在一个地位独特的绝对参考系。

在牛顿时期，固定星体时常被用为参考系，这是因为，相对于绝对空间，它们大致静止不动。

在那些相对于固定星体呈静止不动或匀速直线运动的参考系中，牛顿运动定律被认为正确无误。

但是，学者们现在知道，固定星体并不是固定不动。

在银河系内的固定星体会随着整个星系旋转，显示出自行；而那些在银河系外的固定星体会从事它们自己的运动，这可能是因为宇宙膨胀、本动速度等等。

现在，惯性参考系的概念不再倚赖绝对空间或固定星体。

替而代之，根据在某参考系中物理定律的简易性质，学者可以辨识这参考系是否为惯性参考系。

更确切而言，假若虚设力不存在，则这参考系是惯性参考系；否则，不是惯性参考系。

实际而言，虽然不是必要条件，选择以固定星体来近似惯性参考系，这动作造成的误差相当微小。

例如，地球绕着太阳的公转所产生的离心力，比太阳绕着银河系中心的公转所产生的离心力，要大三千万倍。

所以，在研究太阳系中星体的运动时，太阳是一个很好的惯性参考系。

牛顿第二定律物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

而以物理学的观点来看，牛顿运动第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受外力之和成正比”，即动量对时间的一阶导数等于外力之和。

牛顿第二定律说明了在宏观低速下，比例式表达：a∝F/m，F∝ma；用数学表达式可以写成F=kma，其中的k为比例系数，是一个常数。

但由于当时没有规定多大的力作为力的单位，比例系数k的选取就有一定的任意性，如果取k=1，就有F=ma，这就是今天我们熟知的牛顿第二定律的数学表达式。

中文名称牛顿第二运动定律外文名称Newton's second law of motion提出者牛顿应用学科物理Newton's Second Law of Motion-Force and Acceleration物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.在国际单位中，力的单位是牛顿，符号N，它是根据牛顿第二定律定义的:使质量为1kg的物体产生1m/s^2;加速度的力，叫做1N。

即1N=1kg·m/s^2。

牛顿第二定律的适用范围：（1）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）.（2）只适用于宏观物体,牛顿第二定律不适用于微观原子.（3）参照系应为惯性系.F合=ma (单位:N(牛)或者千克米每二次方秒)N=(kg×m)/(s×s)(当单位皆取国际单位制时,k=1,F=kma即为F=ma)牛顿发表的原始公式:F=△(mv)/△t(见自然哲学之数学原理)动量为p的物体，在合外力为F的作用下，其动量随时间的变化率等于作用于物体的合外力。

用通俗一点的话来说，就是以t为自变量，p为因变量的函数的导数，就是该点所受的合外力。

即:F=△p/△t=△(mv)/△t而当物体低速运动，速度远低于光速时，物体的质量为不依赖于速度的常量，所以有F=m(△v/△t)=ma这也叫动量定理。

在相对论中F=ma是不成立的，因为质量随速度改变，而F=△(mv)/△t 依然使用。

由实验可得在加速度一定的情况下F∝m，在质量一定的情况下F∝a(只有当F以N,m以kg，a以m/s^2为单位时，F合=ma 成立)牛顿第二定律可以用比例式来表示，这就是a∝F/m 或F∝ma这个比例式也可以写成等式F=kma 其中k是比例系数高中物理必修一⑴牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。

力和加速度同时产生，同时变化，同时消失。

⑵F=ma是一个矢量方程，应用时应规定正方向，凡与正方向相同的力或加速度均取正值，反之取负值，一般常取加速度的方向为正方向。

⑶根据力的独立作用原理，用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力正交分解，在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max，Fy=may列方程。

⒋牛顿第二定律的六个性质:⑴因果性:力是产生加速度的原因。

若不存在力，则没有加速度。

⑵矢量性:力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受合外力的方向决定。

牛顿第二定律数学表达式∑F= ma中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。

根据他的矢量性可以用正交分解法将力合成或分解。

⑶瞬时性:当物体(质量一定)所受外力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小或方向也要同时发生突变;当合外力为零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。

牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律，表明了力的瞬间效应。

⑷相对性:自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标系中，当物体不受力时将保持匀速直线运动或静止状态，这样的坐标系叫惯性参照系。

地面和相对于地面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，牛顿定律只在惯性参照系中才成立。

⑸独立性:物体所受各力产生的加速度，互不干扰，而物体的实际加速度则是每一个力产生加速度的矢量和，分力和分加速度在各个方向上的分量关系，也遵循牛顿第二定律。

⑹同一性:a与F与同一物体某一状态相对应。

牛顿第三定律当两个物体互相作用时，彼此施加于对方的力，其大小相等、方向相反。

牛顿第三运动定律外文名称Newton's Third Law of Motion-Force and Acceleration牛顿第三定律应用学科物理记载著作《自然哲学的数学原理》提出时间1687年提出者艾萨克·牛顿表达式F=-F'作用与反作用定律又分为两种版本：强版本和弱版本。

这里，第三定律所表述的是“弱版作用与反作用定律”。

而“强版作用与反作用定律”，除了弱版作用与反作用定律所要求的以外，还要求作用力和反作用力都作用在同一条直线上。

万有引力与静电力都遵守强版作用与反作用定律。

可是，在某些状况下，作用力和反作用力并不同线（两作用点的连线）。

例如，两个平移的电荷，平移的速度互相平行，但是，并不垂直于两电荷的连线，由毕奥-萨伐尔定律与洛伦兹力定律所算出的作用力和反作用力并不同线。

这对力只遵守弱版作用与反作用定律。

若两移动的电荷，其移动的速度互相垂直，考虑在它们相遇的瞬间，相互作用力不遵守弱版作用与反作用定律。

牛顿运动定律是建立在绝对时空以及与此相适应的超距作用基础上的所谓超距作用，是指分离的物体间不需要任何介质，也不需要时间来传递它们之间的相互作用．也就是说相互作用以无穷大的速度传递。

除了上述基本观点以外，在牛顿的时代，人们了解的相互作用。

如万有引力、磁石之间的磁力以及相互接触物体之间的作用力，都是沿着相互作用的物体的连线方向，而且相互作用的物体的运动速度都在常速范围内。

在这种情况下，牛顿从实验中发现了第三定律．“每一个作用总是有一个相等的反作用和它相对抗；或者说，两物体彼此之间的相互作用永远相等，并且各自指向其对方。

”作用力和反作用力等大、反向、共线，彼此作用于对方，并且同时产生，性质相同，这些常常是我们讲授这个定律要强调的内容．而且，在一定范围内，牛顿第三定律与物体系的动量守恒是密切相联系的。

即当任意两个物体在任何情况下相互作用时，第三定律力对都会出现。

牛顿第三运动定律研究的是物体之间相互作用制约联系的机制，研究的对象至少是两个物体，多于两个以上的物体之间的相互作用，总可以区分成若干两两相互作用的物体对。

作用力和反作用力是相互的，互相依赖相为依存，均以对方存在为自已存在的前提，没有反作用力的作用力是不存在的；力具有物质性，不能脱离开物体（物质）而存在；力总是两个以上物体之间的相互作用产生的。

牛顿第三定律也具有瞬时性，即作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失、同时变化，作用力与反作用力的地位是对等的，称谁为作用力谁为反作用力是无关紧要的。

作用力和反作用力必须是同一性质的力，即作用力为弹力反作用力也一定是弹力，反之亦然。

而自然界仅有四类基本的相互作用，即电磁相互作用、引力相互作用、强相互作用和弱相互作用，所以从本质上区分力的性质也仅存在这四种，作用力与反作用力确实必须属于同一性质的力。

作用力和反作用力不能求和，原因是作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各自产生的作用效果不同。

作用力与反作用力的作用效果不能相互抵消。

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