牛頓第一運動定律

牛頓第一運動定律物理定理01定律定義適用范圍發(fā)展簡史演繹過程獨立性定律影響目錄0305020406基本信息牛頓第一運動定律，簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律。常見的完整表述：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。英國物理學(xué)家艾薩克·牛頓于1687年，在巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里，提出了牛頓運動定律，牛頓第一運動定律就是其中一條定律。牛頓第一定律與牛頓第二、第三定律構(gòu)成了牛頓力學(xué)的完整體系。牛頓第一定律給出了慣性系的概念，第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質(zhì)點力學(xué)體系只對慣性系成立。因此，牛頓第一定律是不可缺少的，是完全獨立的一條重要的力學(xué)定律。定律定義定律定義牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中的原始表述是：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。

該表述在人教版、粵教版高中物理教材中被引用。用數(shù)學(xué)公式表示為：，其中為合力，v為速度，t為時間。魯教版高中物理教材中的表述是：牛頓第一定律表明，當合外力為零時，原來靜止的物體將繼續(xù)保持靜止狀態(tài)，原來運動的物體則將繼續(xù)以原來的速度做勻速直線運動。合外力為零包括兩種情況：一種是物體受到的所有外力相互抵消，合外力為零；另一種是物體不受外力的作用。

有的專家學(xué)者認為這種表述方式并不嚴謹，所以通常采用原始表述。

2019年初中物理（人教版）定義：一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。演繹過程演繹過程伽利略研究運動學(xué)的方法是把實驗和數(shù)學(xué)結(jié)合在一起，既注重邏輯推理，又依靠實驗檢驗。

他對光滑斜面的推論是通過實驗觀察，并推論得到的。但是這個完全光滑的斜面在現(xiàn)實中不存在，因為無法將摩擦力完全消除，因此理想斜面實驗屬于伽利略的邏輯推理部分。伽利略對光滑斜面的推論現(xiàn)實中，當一個球沿斜面向下滾時，它的速度增大，而向上滾時，它的速度減小。由此伽利略推論，當球沿水平面滾動時，它的速度應(yīng)不增不減。實際上他發(fā)現(xiàn)，球愈來愈慢，最后停下來。伽利略認為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因為他同樣還觀察到，表面愈光滑，球便會滾得愈遠。伽利略的理想斜面實驗于是他推論，若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h滾下去。伽利略的理想斜面實驗伽利略的理想斜面實驗實驗如圖所示，讓小球沿一個光滑斜面從靜止狀態(tài)開始下滾，小球?qū)L上另一個斜面，達到與原來差不多的高度然后再下滾。他推論，只是因為摩擦力，球才沒能達到原來的高度。然后，他減小后一斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時它要滾得遠些。適用范圍適用范圍牛頓第一定律只適用于慣性參考系。在質(zhì)點不受外力作用時，能夠判斷出質(zhì)點靜止或作勻速直線運動的參考系一定是慣性參考系，因此只有在慣性參考系中牛頓第一運動定律才適用。牛頓第一定律在非慣性參考系（即有加速度的系統(tǒng)）中不適用，因為不受外力的物體，在該參考系中也可能具有加速度，這與牛頓第一定律相悖。

當牛頓第一定律不成立時，即非慣性系中，要用非慣性系中的力學(xué)方程求解力學(xué)問題。式中為在慣性系中測得的物體受的合力，為在非慣性系中測得的慣性力,為非慣性系統(tǒng)的加速度。

獨立性獨立性牛頓第一定律是完全獨立的基本定律，它的獨立性表現(xiàn)在：發(fā)展簡史發(fā)展簡史公元前5世紀的德謨克利特、伊壁鳩魯認為：“當原子在虛空里被帶向前進而沒有東西與他們碰撞時，它們一定以相等的速度運動。”這只是猜測或推想的結(jié)果。公元前4世紀，希臘的哲學(xué)家亞里士多德指出：力是維持物體運動的原因，有力就有運動，沒有力就沒有運動。雖然這是一個錯誤的觀點，但他第一次提出了力與運動間存在關(guān)系的論點，這就是他對動力學(xué)的貢獻。

6世紀希臘學(xué)者菲洛彭諾斯對亞里士多德的運動學(xué)說持批判態(tài)度。他認為拋體本身具有某種動力，推動物體前進，直到耗盡才趨于停止，這種看法后來發(fā)展為“沖力理論”。14世紀，以布里丹、阿爾伯特、奧里斯姆等人提出“沖力理論”，他們認為：“推動者在推動一物體運動時，便對它施加某種沖力或某種動力，速度越大，沖力越大，沖力耗盡時，物體停止下來?！边@為伽利略和牛頓開辟了道路。

17世紀，伽利略，在自己的著作中多次提出類似于慣性原理的說法。他分別于1632年和1638年，在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《關(guān)于力學(xué)和運動兩種新科學(xué)的談話》（簡稱《兩門新科學(xué)》）中記錄了他的理想斜面實驗，并推想得到結(jié)論：“假設(shè)物體沿光滑斜面落下，并沿著另一斜面向上運動，則物體不受斜面傾角的影響仍將達到和原來同樣的高度，只是需要的時間不同而已。”

伽利略得到的結(jié)論，打破了自亞里士多德以來一千多年間關(guān)于受力運動的物體，當外力停止作用時便歸于靜止的陳舊觀念。定律影響定律影響1.牛頓第一定律給出了一個沒有加速度的參考系——慣性系，使人們對物理問題的研究和物理量的測量有意義，

從而使它成為整個力學(xué)甚至物理學(xué)的出發(fā)點。

牛頓第二、第三定律以及由牛頓運動定律建立起來的質(zhì)點力學(xué)體系，如動量定理、動量守恒定律、動能定理等，只對慣性系成立。2.牛頓第一定律是其他原理的前提和基礎(chǔ)。第一定律中包含的基本概念，奠定了經(jīng)典力學(xué)的概念基礎(chǔ)，從而使它處于理論系統(tǒng)中第一個原理的前提地位，這表現(xiàn)在：（1）首次批駁了延續(xù)兩千多年的亞里士多德等人錯誤的力的概念