為什麼說牛頓第一定律不是牛頓第二定律在物體受力為零時的特例?

時間 2021-05-29 22:57:48

1樓:zhuan

這學期的物理學概論課很透徹地講了牛頓三定律,於是嘗試寫寫這個問題。非常概括地講,與最高票一樣:第一定律定義了慣性系,在慣性系下才有第二第三;但是要講到連答主這樣大物在掛科邊緣的人都能明白的程度,還需要涉及認識論。

明天起床補完。

起床了!

首先——物理定律不是被發現的,而是被發明的;物理定律是被用來描述(或預言)現象的,而不是用來解釋現象的(因果律只是人類的信念!請參見不可知論。)

這些被發明的物理定律,或曰被建立的模型,所關心的是「可測量量」:那些可以由人們的感官認識,並可以被定量的所在。可測量量是物理學與外部世界的「互動介面」,有如鍵盤滑鼠顯示屏;測量讓人們得以評估自己所建立的模型是好是壞。

此外,如皮亞諾公理之於自然數、直線公理等公理之於歐氏幾何,同為理論模型,物理學也有自己的「公理」:基本假設。

明確了這幾點之後,讓我們效仿數學,來從頭建立牛頓力學吧!

回憶一下牛頓第二定律:F=ma。這裡有多少量是需要測量的呢?

質量,距離和時間;距離用尺子,很好辦。然而質量和時間該怎麼測呢?秤的原理與重力加速度有關,那是我們尚不具備的知識;銫原子鐘則更不必提。

我們需要定義乙個時鐘來測量時間

牛頓第一定律來了:

1.存在乙個參考係(慣性系);

2.定義乙個時鐘,使乙個自由粒子能夠做直線運動。

第二條是什麼意思呢?這是說,我們要拿自由粒子的運動來考驗某個時鐘。比如,取乙個做往復運動的鐘擺,每個「週期」記一次自由粒子的位移(位移是我們目前能且唯一能測量的),若發現每個「週期」內自由粒子的位移相等,則這個時鐘合格。

那,什麼是自由粒子呢?它不是不受力的粒子,因為力尚未被定義;它是不受相對作用的粒子。雖然無法再追問下去了(因為它屬於基本假設),但我們依然可以考驗它——以此假設建立的模型自洽嗎?

也即,牛頓力學體系下能製備出不受相對作用的、自由的粒子嗎?這個問題的答案只有之後才能知曉(後來,我們發現了一些相對作用與距離的平方成反比,故而自由粒子可以被製備,模型自洽)。

我們定義了時間,接下來是質量。考察一堆相互作用的粒子,會發現乙個守恆量...

考完數電再接著補。

2樓:乙個字躍

牛頓第一定律的表述是:「一切物體總保持靜止或勻速直線的運動狀態,除非受到外力使其改變這種運動狀態。」這是通常的表達,但是比較隱晦,如果轉述成別的表達方式,可能理解起來會更加全面:

「若乙個物體不受力,它會繼續保持靜止或勻速直線的狀態。」

1.「乙個物體」具有普遍性,適用於一切物體。

3.「靜止或勻速直線運動狀態」,這裡明確指出了孤立物體的運動狀態,其實這裡真正的作用是宣告了慣性系的存在。儘管孤立物體與其他物體距離非常遠,但孤立物體仍然可以找到其他一些物體作為慣性系。

總結:牛頓第一定律部分基於定義,部分基於實驗事實。前者是借助了對慣性系的定義,也就是運動是相對的而不是絕對的,乙個物體相對於另一物體的速度不隨時間改變,稱這一類物體為慣性系。

後者借助了實驗事實,證明了只要距離足夠遠,是可以達到「孤立」的效果。另外乙個實驗事實是:實驗證明了力是向量性的。

上述所描述的孤立物體「不受力」的情況,實際上指的是其他物體與該物體之間的力疊加後很弱的效果。因此,牛頓第一定律可以用合力來表述:如果沒有合力作用在物體上,則該物體的速度不變。

數學表示式為: F =0 a = 0。

那牛頓第一定律是牛頓第二定律的特例嗎?

我們知道,牛頓第二定律的提出也是部分基於定義,部分基於實驗事實:先用加速度定義了質量,後用單位質量上的加速度定義了力;實驗證明了質量是標量,加速度和力都是向量。最終確定了合力、質量和加速度三者的關係。

牛一和牛二相同的地方在於:它們都認同物體與其他物體之間存在真實相互作用,這些相互作用符合向量疊加規則,合力正是源於這些相互作用; 牛一和牛二都對合力和加速度的關係作出了說明。在牛二的表示式中,若合力為零,速度不變,也能推出牛一。

到目前為止,牛一可以說是牛二的特例。

那為什麼仍然要提出牛一?因為牛一的哲學意義太大了。首先是牛一申明了慣性系的存在,承認了物質的運動是相對的,而不是絕對的,並且告知我們接下來的牛二和牛三必須要在慣性系中才能成立,尤其是為牛二的提出做出了準備;第二是告訴我們一切物質都是相互聯絡的,正是因為找不到完全孤立的系統,才引入了理想實驗和理想模型。

第三是總結了伽利略、笛卡爾等科學家的一些重要觀點,引領更多的人往「邏輯推理+實驗觀察」這條道路上走,而非亞里斯多德時代「生活經驗+邏輯推理」的研究方式。

牛一作為牛頓物理學的基石,當之無愧!

3樓:[已重置]

因為第一定律定義慣性參考係,而第二第三定律僅在慣性系中成立。沒有第一定律所定義的慣性系,第二第三定律將全部變成瞎扯。

因此第一定律是牛頓力學的前提,第二第三定律皆建基於第一定律之上。單純從數學角度來看,將第二定律中的加速度設為零,貌似可以推出第一定律的內容;但在物理上,這是乙個邏輯上所謂的迴圈論證,不成立。

4樓:

第二定律和第三定律都只適用於慣性參考係,所以你得知道什麼是慣性參考係。

然後第一定律就是拿來定義慣性參考係的,所以也叫慣性定律。

5樓:

牛頓物理的運動方程就是F=ma外加反對稱條件(Fab=-Fba)。在絕對時空觀點下,通過運動方程的確能推導出牛頓第一定律。我認為第一定律就是第二定律的乙個重要結論,但不僅僅是「特例」。

因為第一定律還包含了絕對的時空觀。

6樓:

牛一律說的是物體自身的性質,慣性:不考慮也不需要「力」的存在。

牛二律說的是力和加速度的關係,或者說用「力」去克服慣性的數量關係。

一是二的基礎,二是一的拓展。

為什麼牛一不是牛二的特例?因為在牛二中要定義加速度,必須要有牛一的支援。假設物體受的力一撤離物體就立刻停止(亞里斯多德),那加速度怎麼定義?

無窮大麼?沒有牛一就無所謂加速度。

所以覺得二可以推出乙隻是牛一已經深入人心,不自覺就用上了,才發生的自我論證。

牛頓第一定律是不是有瑕疵?

廣智 的確有瑕疵,牛頓第一定律基於亞里斯多德思想和伽利略斜面實驗,而牛頓總結的是沒有外力作用下,物體靜止或勻速直線運動,但是這個假說中,因為基於伽利略斜面實驗,而伽利略斜面實驗是在地球的引力條件下進行的,所以牛頓的總結 沒有外力 就存在問題,可以想象伽利略斜面實驗中,在水平面勻速運動的小球如果一直運...

牛頓第一定律的詳細說明與解釋?

艾爾希亞 瀉藥又名慣性定律,由多位大佬提出,牛頓總結,在巨集觀態下有效 量子態去問波爾那幫人 被描述為 假設沒有任何外力施加,或所施加的外力之和為零,則運動中物體總保持勻速直線運動狀態,靜止物體總保持靜止狀態。相當於乙個小球,一直靜止,周圍沒有任何物質,那麼這個可憐的小球將永遠靜止。突然這個小球受乙...

牛頓第一定律,為什麼不是乙個物體不受力時,永遠持勻速直線運動,而有靜止?

說的簡單點,這個 運動 和 靜止 指的是對某個參考係而言的相對運動 靜止。牛頓定律並不涉及絕對時空觀,沒必要考慮的那麼多。 解厚平 牛的第一定律要修改,宇宙中沒有靜止,相對靜止也不行,物質必須是運動的,因物質是運動產生的,因運動而存在,只要是絕對靜止物質身上的力就會完全消失。物質就會立刻分解最後煙滅...