熊熊生活小知识 代码 牛顿三大定律分别是什么是用实验证明(牛顿三大定律分别是哪三大定律)

牛顿三大定律分别是什么是用实验证明(牛顿三大定律分别是哪三大定律)

  牛顿力学三大定律分别是:惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。

  介绍

  惯性定律

  任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。

  说明:物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势,因此物体的运动状态是由它的运动速度决定的,没有外力,它的运动状态是不会改变的。物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律 也称为惯性定律。第一定律也阐明了力的概念。明确了力是物体间的相互作用,指出了是力改变了物体的运动状态。因为加速度是描写物体运动状态的变化,所以力是和加速度相联系的,不是和速度相联系的。在日常生活中不注意这点,往往容易产生错觉。

  注意:牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立,实际上它只在惯性参照系里才成立。因此常常把牛顿第一定律是否成立,作为一个参照系是否惯性参照系的判据。

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  加速度定律内容

  物体在受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质量成反比。

  加速度定律定量描述了力作用的效果,定量地量度了物体的惯性大小。它是矢量式,并且是瞬时关系。

  要强调的是:物体受到的合外力,会产生加速度,可能使物体的运动状态或速度发生改变,但是这种改变是和物体本身的运动状态有关的。真空中,由于没有空气阻力,各种物体因为只受到重力,则无论它们的.质量如何,都具有的相同的加速度。因此在做自由落体时,在相同的时间间隔中,它们的速度改变是相同的。

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  作用力与反作用

  两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。

  说明:要改变一个物体的运动状态,必须有其它物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的,有作用必有反作用力。它们是作用在同一条直线上,大小相等,方向相反。

  另需要注意:

  作用力和反作用力是没有主次、先后之分。同时产生、同时消失。

  这一对力是作用在不同物体上,不可能抵消。

  作用力和反作用力必须是同一性质的力。

  与参照系无关。

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  概述

  牛顿运动定律只成立于惯性参考系,又称为牛顿参考系。有些学者喜欢将第一定律作为根本,而将惯性参考系视作第一定律的延伸,也就是说在他们看来,第一定律可以用来定义惯性参考系。假若采用这观点,则由于只有从惯性参考系观察,第二定律才成立,所以,不能从第二定律以特例的方式来推导出第一定律。另外又有一些学者将第一定律视为第二定律的推论。特别注意,惯性参考系的概念是在牛顿之后很久才发展成功。

  提出者

  艾萨克·牛顿(Isaac Newton)是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家,其研究领域包括了物理学、数学、天文学、神学、玄学、自然哲学和炼金术。牛顿的主要贡献有发明了微积分,发现了万有引力定律和经典力学,设计并实际制造了第一架反射式望远镜等等,被誉为人类历史上最伟大,最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出成就,“牛顿(N)”后来成为衡量力的大小的物理单位。

  适用条件

  牛顿运动定律只适用于质点,牛顿运动定律中所指的物体为质点。对质点系,运用牛顿运动定律中的第二定律时一般采用隔离法,或者采用质点系牛顿第二运动定律。对于作用力非恒力的情形,如时间、速度或位置相关性的力,应用积分等方法,牛顿运动定律亦可使用。

  牛顿运动定律只适用于惯性参考系。孤立质点相对它静止或做匀速直线运动的参考系为惯性参考系。在非惯性参考系中牛顿运动定律不适用,因为不受外力的物体在该参考系中也可能具有加速度,与牛顿第一运动定律相悖;只有在惯性参考系中牛顿运动定律才适用。

  牛顿运动定律只适用低速问题。若物体的速度v与光速c=3.0×10m/s接近时,必须使用狭义相对论。牛顿运动定律对于伽利略变换是协变得,但对于洛伦兹变换不是协变,因此其不能和狭义相对论相容。当物体做高速移动时,需要修改力、速度等力学变量的定义,使动力学方程能够满足洛伦兹协变的要求,在物理预言上也会随速度接近光速而与经典力学有不同。

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  创立过程

  牛顿算不上是实验者,他喜欢思考问题,像爱因斯坦那样在脑海里做实验。他会长时间专注地想事情,直到得出他需要的答案。不久,一个问题开始困扰着牛顿:是什么力量导致了运动呢?他集中精力研究伽利略的自由落体定律和开普勒的行星运动规律。他痴迷到了废寝忘食的地步,身体几乎处于崩溃的边缘。1666年初,牛顿创立了三大运动定律,这些定律为他发明微积分和发现地球引力创造了必不可少的条件。

  但直到20年后哈雷鼓励牛顿写《自然哲学的数学原理》时,牛顿才公布了他创立的三大定律。1684年,让·皮卡尔第一次精确地求出了地球的大小和质量。有了这些必要的数字,牛顿就能证明:利用三大运动定律和他的重力方程式可以正确地计算出行星运动的真实轨道。即使有了确凿的数学证据,牛顿也只是在哈雷的请求和说服下于1687年发表了《自然哲学和数学原理》,发表这本书最主要的原因是罗伯特·胡克声称(错误地声称),他自己已经发现了运动的普遍规律。《自然哲学和数学原理》成为科学史上备受推崇和人们经常使用的出版物。

  定律特点

  第一定律引入力的概念和阐明惯性属性,定性揭示力和运动的关系,为第二定律打下基础、准备必要的概念;第三定律进一步给出作用力的性质,揭示物体运动的相互制约机制。三定律结合,全面解决了任意物体在受复杂的外力作用后的运动问题。牛顿运动定律是一个有机整体,是一脉相承的完整理论体系,是力学的基本公理,由它们出发推论而出的动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、动量矩定理、角动量守恒定律,进一步证实了动力学公理化体系相容性和一致性。

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