基礎力學/牛頓運動定律

牛頓第一運動定律

物體到底為什麼運動

直覺上，很容易認為，物體受到力的作用才會運動，但實際上到底是不是這樣呢？我們可以看一些生活中的實例。

從何說起呢，譬如說，你的桌面上有一把尺子，輕輕推動它，尺子會跟着你的手走，手停止用力，尺子呢，也停了下來，如此看來，這個看法還是有一定道理的。

不過，情況也可能不太一樣，比方說，一種幼稚的遊戲——彈尺子......不知道大家玩沒玩過，如果沒玩過......不妨在你的桌子上做一下這個實驗——用手指尖，用力一彈，結果，尺子，被彈了出去——就是這樣。

不過不知道你有沒有注意到一點，即，尺子被彈出後不再受到手的力的作用，但還能滑行一段距離——在這一段距離里，尺子的速度會逐漸減慢，最後，停下來。當然如果你的運氣好的話，可能可以碰掉別人的尺子；運氣不好，在你的尺子停止之前，你的尺子先掉到了地上。

說了這麼多，無非想說明一點：直覺上看，有些物體似乎在力撤去之後能持續運動一會兒。

所以呢？很遺憾，我提前告訴你，以上兩種結論，都是錯的，只靠樸素的觀察，還不能成為科學家，我們必須從實踐中抽象出事物的本質。

我們再來看，第二個實驗至少提醒了我們，也許速度並不需要依靠力去維持，桌面是粗糙的，如果換成冰面呢？

同樣的尺子，同樣的力度，在平滑的冰面上被彈出，常識告訴我們，它可以滑動很遠，很遠，才停下。

那我們能不能發揮一下思維的力量呢，看來平面的光滑與粗糙是一種性質，我現在就假想有一張特別，特別，特別光滑的桌子，在那上面，我玩彈尺子，那尺子——也許就不會停下來了吧？

所以，下面這一句違反直覺的話，請務必記住——事實上，他並不違反你的直覺，只是你已經習慣了不求甚解地感知這個世界。

力不是維持物體運動的原因，而是使物體運動狀態（即速度）發生改變的原因。

你一定會問，那麼，尺子為什麼會停下來？其實很顯然，是因為桌子不夠光滑——因此桌子對尺子也存在着力的作用。我們之前很容易誤認為只有人才能給與物體「力的作用，實際上並不是這樣」。

牛頓第一定律

牛頓第一運動定律：在不受力或合外力為零的情況下，物體總保持靜止或勻速直線運動。

我們可以看出，說到底，物體之所以運動，並不是因為力的作用，而是因為它之前就在以這個速度運動，或者說，物體有保持自身速度不變的性質，我們稱之為慣性，慣性只與物體的質量有關，質量越大，慣性也越大，與其他因素，例如物體的運動狀態，沒有任何關係。

對於靜止的物體，牛頓第一運動定律幾乎每天都在上演，桌上的任何東西都不可能長了腿，自己跑掉。可是，對於運動的物體，長久地不受到力的作用，或是和外力為零，卻是不可能的，因此，牛頓第一定律並不能嚴格通過實驗驗證，它是通過實驗現象加上合理推理的產物。

牛頓第二運動定律

力的作用是什麼

可以料想，如果只有牛頓第一運動定律的話，世界上的一切物體都將不停地作勻速直線運動——你不覺得無聊嗎？所以，物體的速度為什麼會改變呢？我們就要將神奇的「力」拿出來說事了。雖然說力並不能維持物體的速度，但力可以改變物體速度。怎麼改變呢？這種改變遵循什麼規律呢？

實驗表明，力能夠使物體產生加速度。並且呢，產生的加速度和力的大小成正比，和物體的質量成反比，因此，我們不妨設 ${\vec {a}}=k{\frac {\vec {F}}{m}}$ ,由於在定律被提出的時代，沒有其他的公式可以算出k（或者說，力的度量還沒有被規定），因此，人們就規定k=1，這樣一來，公式被簡化為 ${\vec {a}}={\frac {\vec {F}}{m}}$ ，力的單位就變成了 $\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} /\mathrm {s} ^{2}$ ，我們把它的單位簡化成一個字母N，中文叫牛頓，一個新的物理量就誕生了。