牛頓定律與牛頓運動定律?力學（mechanics）是研究物質機械運動規律的科學機械運動是物質運動最基本的形式物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其内部的運動和化學運動等，今天小編就來說說關于牛頓定律與牛頓運動定律?下面更多詳細答案一起來看看吧!

牛頓定律與牛頓運動定律

力學（mechanics）是研究物質機械運動規律的科學。機械運動是物質運動最基本的形式。物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其内部的運動和化學運動等。

“力學”一詞的英語是mechanics(源于希臘語μηχανη──機械)。在英語中，mechanics是一個多義詞，既可釋作“力學”，也可釋作“機械學”、“結構”等。在歐洲其他語種中，此詞的語源和語義都與英語相同。漢語中沒有同它對等的多義詞。mechanics在19世紀50年代作為研究力的作用的學科名詞傳入中國時，譯作“重學”，後來改譯作“力學”，一直使用至今。“力學的”和“機械的” 在英語中同mechanical，而現代漢語中“機械的”又可理解為“刻闆的”。這種不同語種中詞義包容範圍的差異，有時引起國際學術交流中的周折。例如機械的(mechanical)自然觀，其實指用力學解釋自然的觀點。所以，力學可以說是力和(機械)運動的科學。

力學研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關系。力學可區分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學隻考慮物體怎樣運動，不讨論它與所受力的關系；動力學讨論物體運動和所受力的關系。現代的力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目，需要多工種、多學科的協作。

力學主要在于分析力對物體的作用，作用力既有大小又有方向，所以力是一個矢量。

牛頓運動定律包括牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律和牛頓第三運動定律三條定律，由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數學原理》一書中總結提出。其中，第一定律說明了力的含義：力是改變物體運動狀态的原因；第二定律指出了力的作用效果：力使物體獲得加速度；第三定律揭示出力的本質：力是物體間的相互作用。

牛頓運動定律中的各定律互相獨立，且内在邏輯符合自洽一緻性。其适用範圍是經典力學範圍，适用條件是質點、慣性參考系以及弱引力場、宏觀、低速運動問題。

17世紀末牛頓繼承和發展前人的研究成果(特别是開普勒的行星運動三定律)，提出力學運動的三條基本定律，使經典力學形成系統的理論。根據牛頓三定律和萬有引力定律成功地解釋了地球上的落體運動規律和行星的運動軌道。

牛頓第一運動定律，簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律、惰性定律。常見的完整表述：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀态，直到外力迫使它改變運動狀态為止。

改變物體的運動速度需要外力的作用，不僅如此，該物體還會對這種改變産生抵制。物體的這種抵制叫作慣性。對于一個滾動的球，你不需要使多大力氣便能讓其改變方向。但如果你用同樣大的力氣去推一輛行駛中的小汽車，小汽車方向的改變微乎其微，你甚至看不出小汽車的運動發生了改變。原因是小汽車的慣性比球大得多。物體的慣性顯然與它所包含物質的多少有關。

人的性格往往也有惰性或慣性，總喜歡保持原有的生活節奏或習慣，需要内在的動力和外在的壓力才以迫使其做出改變，且往往有抵觸的情緒。

牛頓沒有停留在慣性定律定性描述的觀點上，而是将其量化，提出了第二運動定律。

牛頓第二運動定律的常見表述是：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質量成反比，且與物體質量的倒數成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。

F＝ma

F：力，m：質量，a：加速度

從上面的方程可以看出，物體的質量越大，其運動速度就越不容易改變，因此質量是一個表現物體慣性大小的量，稱為慣性質量。這也就解釋了當質量大的鐵球掉落時，雖然受到的重力比質量小的球要大，但阻礙往下掉落的慣性質量也要大，所以質量大小不一的鐵球掉落時速度是一樣的（慣性質量與重力質量相等）。

慣性定律是第二定律的一種特殊情況。如果作用力為0，那麼加速度肯定也是0，速度恒定。

當你往空中扔一個球時，球會加速一段距離，然後呈抛物線落下。球受到了三個力的作用，你給的推力、重力、空氣摩擦力。然後，想象你用一個更快的初速度抛出這個球。球當然會在飛行了更遠的距離後才落地。那麼，我們想象用一個極快的速度抛出這個球，以至于球不會落向地面。球的運動軌迹會朝着地表彎曲，但地表本來就是彎曲的，所以一個運動速度足夠快的球能與地表一直保持着一個固定的距離，盡管球一直在落向地面。這種情況就近似于月球的運動。除了月球是沿着橢圓形軌道，而不是圓形軌道繞地球運動。月球也在不斷地落向地球，但月球水平方向的運動速度非常快，以至于它能夠在地球表面之上繞着它自己的軌道運動。

上述想象的極快速度就是宇宙速度，達到宇宙速度的火箭就可以掙脫地球的引力飛向太空。

任何物體想要離開所在的天體系統，必須在速度上要能夠達到脫離其引力的程度，我們把這個速度稱為宇宙速度。第一宇宙速度又稱環繞速度，是指物體緊貼地球表面作圓周運動的速度，也就是人造衛星的最小發射速度，其大小為7.9千米每秒。第二宇宙速度又稱脫離速度，是指指物體完全擺脫地球引力束縛,飛離地球而環繞太陽圓周運動的所需要的最小初始速度，其大小為11.2千米每秒。第三宇宙速度又稱逃逸速度，是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系所需的最小初始速度，其大小為16.7千米每秒。第四宇宙速度是指在地球上發射的物體擺脫銀河系引力束縛，飛出銀河系所需的最小初始速度，其速度預計為110至120千米每秒。第五宇宙速度是指航天器從地球發射，飛出本星系群的最小速度，由于本星系群的半徑、質量均未有足夠精确的數據，所以無法準确得知數據大小。目前科學家估計本星系群大概有500至1000萬光年，照此推算大概需要1500至2250千米每秒的速度才能飛離。

如果地球的質量更大，那麼地球的引力便會更強，宇宙速度就會越高。現在，我們想像有一個這樣的天體，其質量是如此之大，以至于其宇宙速度超過了光速（約合每秒30萬公裡）。于是，任何物體，甚至包括光在内，都無法從這個天體上逃脫。這樣的天體就是黑洞。

牛頓第三運動定律的常見表述是：相互作用的兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

牛頓運動定律在研究對象上呈遞進關系。第一、第二定律隻研究單一物體（可以隻有一個物體，也可以從衆多物體中隔離出一個物體來作為研究對象），解決其不受力或受很多力作用後的運動問題；第三定律擴展了研究對象，至少研究是兩個物體之間的相互作用，這種相互作用制約或影響了研究對象或研究對象以外的其它物體的運動。隻有把第一、第二和第三定律有機結合才能解決全部的複雜動力學問題，由質點的動力學出發去解決質點系、剛體、流體、振動、波動等的力學問題。

① 空間是絕對的，可以認為是數學上的抽象空間，和空間内的填充物質無關；

（相對論認為空間是相對的，在接近光速的空間中，空間收縮。物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動）

② 時間是連續的、均勻流逝的、無窮無盡的；

（相對論認為時間是相對的，在接近光速的空間中，時間膨脹。）

③ 時間和空間無關；

（相對論認為時空一體，不同的空間有不同的時間。）

④ 時間和運動狀态無關；

（相對論認為時間與運動狀态有關。）

⑤ 物體的質量和物體的運動狀态無關。

（相對論認為在接近光速的空間中，質量會接近無限大。）

牛頓力學體系實質上是在建在四個獨立“ 概念”的基礎之上的一座大廈。這四個基礎概念分别是：絕對化的“質量”、絕對化的“空間”、絕對化的“時間”和“力“（或“場”）。這裡的“絕對化”其實是指不受物體運動狀态影響的意思。

牛頓運動定律在日常條件下對宏觀對象有很好的近似性。然而，牛頓定律（結合萬有引力和經典電動力學）在某些情況下是不合适的，最顯著的是在非常小的尺度，非常高的速度或非常強的引力場。因此，這些定律不能用來解釋諸如半導體中的電傳導、物質的光學性質、非相對論校正GPS系統中的誤差和超導電性等現象。對這些現象的解釋需要更複雜的物理理論，包括廣義相對論和量子場理論。

牛頓運動定律隻适用于質點，牛頓運動定律中所指的物體為質點。即物體的大小和形狀被忽略，從而更容易關注其運動。當物體與其分析所涉及的距離相比較小時，或者當物體的變形和旋轉不重要時，可以這樣做。這樣，即使是行星也可以被理想化為一個粒子，用來分析恒星繞恒星的軌道運動。

牛頓運動定律隻适用于慣性參考系。孤立質點相對它靜止或做勻速直線運動的參考系為慣性參考系。在非慣性參考系（加速參考系）中牛頓運動定律不适用，因為不受外力的物體在該參考系中也可能具有加速度，與牛頓第一運動定律相悖；隻有在慣性參考系中牛頓運動定律才适用。但通過慣性力的引入可以使牛頓運動定律中的第二定律的表示形式在非慣性系中适用。

相對于一個慣性系作加速運動的參考系一定是非慣性系。由于轉動産生加速度，所以相對一個慣性系作轉動的參考系也一定是非慣性系。自然界中不存在嚴格的慣性系，任何物體間都有萬有引力，參考系所選定的參照物總要受到引力作用而産生加速度。通常認為太陽系相對于地心系和地面系來說是較好的慣性系，其次是地心系。

1905年以來，愛因斯坦的相對論推翻了牛頓建立的大部分科學體系。愛因斯坦指出，牛頓運動定律在超出經典力學範圍或質點、慣性參考系以及宏觀、低速運動問題等适用條件時，不再成立。

牛頓運動定律隻适用宏觀問題。解決微觀問題必須使用量子力學。

牛頓運動定律隻适用低速問題。若物體的速度與光速接近時，必須使用狹義相對論。

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