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自然科学/牛顿第一定律

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平衡状态编辑

从静止说起编辑

我们之前已经讨论过了处于静止状态的物体。作为一种特殊的匀速运动,静止意味着物体受到任何外界的作用,也就是,受到的合外力为 。实际上,通过一些发现,我们可以将这个结论推广到匀速运动上。

牛顿通过实验——每次将同一个滑块以同样的初速度在不同粗糙程度的接触面上滑动来研究平面对滑动物体的影响。你可以自己重复这个实验,至于如何让初速度一样,我们现在直接告诉你——让物体从同一个轨道的同一位置自由滑动到另一个同一位置。简单一点,可以用一个斜面,让物体从同一起点滑到终点。这个实验的结论可想而知,越光滑的斜面,物体滑动的距离和时间越长。我们可以想象,假想有一个绝对光滑且无限延伸的平面,滑动的物体是否可以在上面永久滑动?牛顿第一定律就是在这样的背景下提出。

匀速运动状态编辑

牛顿运动定律认为,所有的物体,均是在受到外力影响的情况下才能改变运动状态,即此时物体受到的合外力不为 。我们将,物体受到合外力为 并保持匀速运动的状态叫做平衡状态

惯性编辑

物体为什么会保持自身的平衡状态运动?为什么不受到合外力作用的物体,不是以其他方式运动?我们提出这个问题,并不是需要读者去探究这个问题本质上的原因,因为我们科学研究本来就不可能触及现象背后的终极原因。我们提出这个问题,是希望读者能够思考,如何提出合适的理论,解决这样一个问题。

从物体能够保持自身的平衡状态看来,我们认为物体本身具有一种性质来维持这种状态,称之为惯性。惯性是一种我们描述现象而定义的物理量,目的是为了解决我们本节提出开始提出的两个问题。惯性本身就是我们人为建立的一种属性,目的是描述物体能够在不受到合外力时为此自身运动这一现象。

牛顿第一定律编辑

牛顿第一定律的一种表述为:物体能够保持自身的运动状态,除非有外力迫使其改变这种状态。

牛顿第一定律将静止与匀速运动统一,并揭示了物体的平衡状态与外力的关系。详细说,改变物体的运动状态需要外力,否则物体将因为自身的惯性,永久保持当前的运动状态。不知你是否记得,我们在之前讲到了匀速运动与匀加速运动分别揭示了一条牛顿运动定律,现在你应该能理解,对匀速运动的观测带来、统计、分析、演绎带来的伟大结论。