基础力学/牛顿运动定律

牛顿第一运动定律

物体到底为什么运动

直觉上，很容易认为，物体受到力的作用才会运动，但实际上到底是不是这样呢？我们可以看一些生活中的实例。

从何说起呢，譬如说，你的桌面上有一把尺子，轻轻推动它，尺子会跟着你的手走，手停止用力，尺子呢，也停了下来，如此看来，这个看法还是有一定道理的。

不过，情况也可能不太一样，比方说，一种幼稚的游戏——弹尺子......不知道大家玩没玩过，如果没玩过......不妨在你的桌子上做一下这个实验——用手指尖，用力一弹，结果，尺子，被弹了出去——就是这样。

不过不知道你有没有注意到一点，即，尺子被弹出后不再受到手的力的作用，但还能滑行一段距离——在这一段距离里，尺子的速度会逐渐减慢，最后，停下来。当然如果你的运气好的话，可能可以碰掉别人的尺子；运气不好，在你的尺子停止之前，你的尺子先掉到了地上。

说了这么多，无非想说明一点：直觉上看，有些物体似乎在力撤去之后能持续运动一会儿。

所以呢？很遗憾，我提前告诉你，以上两种结论，都是错的，只靠朴素的观察，还不能成为科学家，我们必须从实践中抽象出事物的本质。

我们再来看，第二个实验至少提醒了我们，也许速度并不需要依靠力去维持，桌面是粗糙的，如果换成冰面呢？

同样的尺子，同样的力度，在平滑的冰面上被弹出，常识告诉我们，它可以滑动很远，很远，才停下。

那我们能不能发挥一下思维的力量呢，看来平面的光滑与粗糙是一种性质，我现在就假想有一张特别，特别，特别光滑的桌子，在那上面，我玩弹尺子，那尺子——也许就不会停下来了吧？

所以，下面这一句违反直觉的话，请务必记住——事实上，他并不违反你的直觉，只是你已经习惯了不求甚解地感知这个世界。

力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态（即速度）发生改变的原因。

你一定会问，那么，尺子为什么会停下来？其实很显然，是因为桌子不够光滑——因此桌子对尺子也存在着力的作用。我们之前很容易误认为只有人才能给与物体“力的作用，实际上并不是这样”。

牛顿第一定律

牛顿第一运动定律：在不受力或合外力为零的情况下，物体总保持静止或匀速直线运动。

我们可以看出，说到底，物体之所以运动，并不是因为力的作用，而是因为它之前就在以这个速度运动，或者说，物体有保持自身速度不变的性质，我们称之为惯性，惯性只与物体的质量有关，质量越大，惯性也越大，与其他因素，例如物体的运动状态，没有任何关系。

对于静止的物体，牛顿第一运动定律几乎每天都在上演，桌上的任何东西都不可能长了腿，自己跑掉。可是，对于运动的物体，长久地不受到力的作用，或是和外力为零，却是不可能的，因此，牛顿第一定律并不能严格通过实验验证，它是通过实验现象加上合理推理的产物。

牛顿第二运动定律

力的作用是什么

可以料想，如果只有牛顿第一运动定律的话，世界上的一切物体都将不停地作匀速直线运动——你不觉得无聊吗？所以，物体的速度为什么会改变呢？我们就要将神奇的“力”拿出来说事了。虽然说力并不能维持物体的速度，但力可以改变物体速度。怎么改变呢？这种改变遵循什么规律呢？

实验表明，力能够使物体产生加速度。并且呢，产生的加速度和力的大小成正比，和物体的质量成反比，因此，我们不妨设 ${\vec {a}}=k{\frac {\vec {F}}{m}}$ ,由于在定律被提出的时代，没有其他的公式可以算出k（或者说，力的度量还没有被规定），因此，人们就规定k=1，这样一来，公式被简化为 ${\vec {a}}={\frac {\vec {F}}{m}}$ ，力的单位就变成了 $\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} /\mathrm {s} ^{2}$ ，我们把它的单位简化成一个字母N，中文叫牛顿，一个新的物理量就诞生了。