牛頓三大定律的內容，引發的思考

05-24

牛頓三大定律的內容，引發的思考

來自專欄終極相關性

牛頓運動定律包括牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律和牛頓第三運動定律三條定律，由艾薩克·牛頓在1687年於《自然哲學的數學原理》一書中總結提出。

第一定律說明了力的含義：力是改變物體運動狀態的原因；

第二定律指出了力的作用效果：力使物體獲得加速度；

第三定律揭示出力的本質：力是物體間的相互作用。

牛頓運動定律中的各定律互相獨立，且內在邏輯符合自洽一致性。其適用範圍是經典力學範圍，適用條件是質點、慣性參考系以及宏觀、低速運動問題。牛頓運動定律闡釋了牛頓力學的完整體系，闡述了經典力學中基本的運動規律，在各領域上應用廣泛。

我們就從牛頓第一定律說起，這種關於力是改變物體運動狀態的原因的說法，其起源可以追溯到古希臘時代的哲學思辨歷史。

伽利略最早否定了亞里士多德力是維持物體運動狀態的原因的論斷，我們還原到亞里士多德時代關於力的思考，那個時代就是一個純人力的時代，最多就是動物拉車，比如馬車牛車這些東西。

人們去觀察大自然的時候，觀察運動現象的時候，比如人在走動的時候需要用到力，馬拉車，牛拉車，都需要力，運動需要力的支撐，運動的物體必須要有力去持續作用他們，那個時代還沒有做功的概念，不知道那個時候，對於山上滾下來的石頭的運動又作何解釋了？

伽利略天生就是為了否定亞里士多德而存在的，1589年的一天，比薩大學青年數學講師，年方25歲的伽利略，同他的辯論對手及許多人一道來到比薩斜塔。伽利略登上塔頂，將一個重100磅和一個重一磅的鐵球同時拋下。在眾目睽睽之下，兩個鐵球出人意料地差不多是平行地一齊落到地上。面對這個無情的實驗，在場觀看的人個個目瞪口呆，不知所措。因為亞里士多德又一次被證明是錯誤的，人們對力學的認知，從實驗的角度，提高了一個層面。

人們開始重新思考力和速度之間的關係了。

笛卡爾認為物體不受力時運動方向將不會改變，到了笛卡爾時代，人們對力和運動有了更深刻的認知。

最終牛頓提出了牛頓第一定律：物體在不受外力的情況下，靜止或做勻速直線運動。

世界上在人眼可以觀察的物體的運動中，沒有永恆的運動，也沒有絕對的靜止，比如在道路上運行的任何滑動的物體，考慮到摩擦力，空氣阻力，重力，慣性等作用。

牛頓第一定律是成立的。但是在實驗室是觀察不到永恆運動的。

但是，當人們的觀察更加宏觀或者更加微觀的事物的時候，發現有趣的現象出現了。

比如，對於宏觀天體的運動，從來沒有感覺到日月五星，地球自轉公轉，有停下來的趨勢；

對於微觀世界，一杯水裡面的分子，總是在運動；

關於天體和分子微粒，誰給他們最初的力，然後什麼樣的力量才可以讓他們改變運動狀態，甚至人們會考慮一個問題，到底要用什麼樣的力量才可以使得一顆天體，使得那些運動的分子靜止下來。

當分子靜止下來之後，他們裡面的原子核，電子也會停止運動嗎？

其實，關於分子熱運動，現在的人肯定都不會陌生，比如微波爐、電磁爐的工作原理。

我們繼續看牛頓第二定律吧，力使物體獲得加速度；對於一個運算運動的物體，力使得這個物體加速或者減速，當人們給物體一個均勻的力，產生一個恆定的加速度值，這個方程是很簡潔的，比如地球引力產生的重力加速度。

注意，地球引力也是有一定的適用範圍的，比如在很遙遠的太空的某個物體，地球的引力就對這個物體產生不了作用了。

很多時候，力對物體運動的產生的加速度並不是恆定的值，也就是力並不恆定，這個時候，引用了複雜的方程和微積分知識，就可以建立很好的數理運算模型。

微積分的意義不僅僅在於算面積，算田畝，在使用到數學工具的各個學科都有很廣泛的用途。

關於牛頓第三定律，力是物體間的相互作用；其實，這不僅是一個純粹的物理問題，同樣也是一個很高深的哲學問題。

關於力的定義：力是物體之間的相互作用。力的大小、方向、作用點是力的三要素。

力的國際單位：牛頓，簡稱牛，符號是N。這是為了紀念英國科學家艾薩克·牛頓而命名的。

1 N=1 kg·m/(s^2)，用單位質量的物體的運動加速度來定義。在此之前，人用匹作為力的單位，匹，馬匹。

力的分類：根據力的性質可分為重力、萬有引力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力等。

現代物理學把力進行統一，認為自然界有四種基本力：萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力；可以通過場進行統一。

力的作用效果：力可以使物體發生形變；力可以改變物體的運動狀態（速度大小、運動方向，兩者至少有一個會發生改變）。

隨著人們對力學的本質現象的理解，發展起來熱力學物理體系，物體的運動，作用力和物體的熱量變化，以及做功多少，進行聯繫。

但是人們還是一直無法突破到天體宏觀尺度，以及原子尺度微觀尺度的物理研究。

一直到了波爾的量子化理論，愛因斯坦的質能方程和相對論，人們才真正的突破了分子水平的物理學研究，進入到原子能層面。

當然，在這些理論的支持下，我們現在的世界才有了核電和原子彈。

在愛因斯坦的質能方程裡面，展示一個道理，要產生巨大的核能量，必須要損耗掉物質的質量。

這是否隱藏著更加宏觀的作用力和反作用力，意味著能量並不是憑空產生，是以消耗物質能量為代價的。

這種相對的關係，會不會觸發人們對正反事物的相對機制的思考，它們裡面是否隱藏著某些聯繫，甚至更加簡潔的方程式？

好吧，我要說的是太極陰陽互化的數理模型，是不是就是如此直接的告訴大家的。

如果連作用力和反作用，都不能理解，還要去研究陰陽互化，豈不是太可笑了嗎？

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