牛顿力学三定律（三大力学定律）及其实用）

力学（mechanics）是研讨物资机械活动规律的科学。机械活动是物资活动最根本的情势。物资活动的其他情势还有热活动、电磁活动、原子及其内部的活动和化学活动等。

“力学”一词的英语是mechanics(源于希腊语──机械)。在英语中，mechanics是一个多义词，既可释作“力学”，也可释作“机械学”、“构造”等。在欧洲其他语种中，此词的语源和语义都与英语雷同。汉语中没有同它对等的多义词。mechanics在19世纪50年代作为研讨力的作用的学科名词传入中国时，译作“重学”，后来改译作“力学”，一直应用至今。“力学的”和“机械的” 在英语中同mechanical，而现代汉语中“机械的”又可懂得为“刻板的”。这种不同语种中词义包容规模的差别，有时引起国际学术交换中的周折。例如机械的(mechanical)自然观，其实指用力学说明自然的观点。所以，力学可以说是力和(机械)活动的科学。

力学研讨能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或活动的关系。力学可区分为静力学、活动学和动力学三部分，静力学研讨力的平衡或物体的静止问题；活动学只斟酌物体怎样活动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体活动和所受力的关系。现代的力学试验装备，诸如大型的风洞、水洞，它们的树立和应用本身就是一个综合性的科学技巧项目，须要多工种、多学科的协作。

力学重要在于剖析力对物体的作用，作用力既有大小又有方向，所以力是一个矢量。

牛顿活动定律包含牛顿第一活动定律、牛顿第二活动定律和牛顿第三活动定律三条定律，由艾萨克牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中总结提出。其中，第必定律解释了力的含义：力是转变物体活动状况的原因；第二定律指出了力的作用后果：力使物体获得加速度；第三定律揭示出力的实质：力是物体间的相互作用。

牛顿活动定律中的各定律互相独立，且内在逻辑符合自洽一致性。其实用规模是经典力学规模，实用条件是质点、惯性参考系以及弱引力场、宏观、低速活动问题。

17世纪末牛顿继承和发展前人的研讨结果(特殊是开普勒的行星活动三定律)，提出力学活动的三条根本定律，使经典力学形成体系的理论。依据牛顿三定律和万有引力定律胜利地说明了地球上的落体活动规律和行星的活动轨道。

牛顿第一活动定律

牛顿第一活动定律，简称牛顿第必定律。又称惯性定律、惰性定律。常见的完全表述：任何物体都要坚持匀速直线活动或静止状况，直到外力迫使它转变活动状况为止。

转变物体的活动速度须要外力的作用，不仅如此，该物体还会对这种转变发生抵制。物体的这种抵制叫作惯性。对于一个滚动的球，你不须要使多大力量便能让其转变方向。但如果你用同样大的力量去推一辆行驶中的小汽车，小汽车方向的转变微乎其微，你甚至看不出小汽车的活动产生了转变。原因是小汽车的惯性比球大得多。物体的惯性显然与它所包括物资的多少有关。

人的性情往往也有惰性或惯性，总爱好坚持原有的生涯节奏或习惯，须要内在的动力和外在的压力才以迫使其做出转变，且往往有抵牾的情感。

牛顿第二活动定律

牛顿没有停留在惯性定律定性描写的观点上，而是将其量化，提出了第二活动定律。

牛顿第二活动定律的常见表述是：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作百思特网用力的方向雷同。

F＝ma

F：力，m：质量，a：加速度

从上面的方程可以看出，物体的质量越大，其活动速度就越不容易转变，因此质量是一个表示物体惯性大小的量，称为惯性质量。这也就说明了当质量大的铁球掉落时，虽然受到的重力比质量小的球要大，但阻碍往下掉落的惯性质量也要大，所以质量大小不一的铁球掉落时速度是一样的（惯性质量与重力质量相等）。

惯性定律是第二定律的一种特别情形。如果作用力为0，那么加速度确定也是0，速度恒定。

当你往空中扔一个球时，球会加速一段距离，然后呈抛物线落下。球受到了三个力的作用，你给的推力、重力、空气摩擦力。然后，想象你用一个更快的初速度抛出这个球。球当然会在飞翔了更远的距离后才落地。那么，我们想象用一个极快的速度抛出这个球，以至于球不会落向地面。球的活动轨迹会朝着地表曲折，但地表原来就是曲折的，所以一个活动速度足够快的球能与地表一直坚持着一个固定的距离，尽管球一直在落向地面。这种情形就近似于月球的活动。除了月球是沿着椭圆形轨道，而不是圆形轨道绕地球活动。月球也在不断地落向地球，但月球程度方向的活动速度非常快，以至于它能够在地球表面之上绕着它自己的轨道活动。

上述想象的极迅速度就是宇宙速度，到达宇宙速度的火箭就可以摆脱地球的引力飞向太空。

任何物体想要分开所在的天系统统，必需在速度上要能够到达脱离其引力的水平，我们把这个速度称为宇宙速度。第一宇宙速度又称围绕速度，是指物体紧贴地球表面作圆周活动的速度，也就是人造卫星的最小发射速度，其大小为7.9千米每秒。第二宇宙速度又称脱离速度，是指指物体完整解脱地球引力约束,飞离地球而围绕太阳圆周活动的所须要的最小初始速度，其大小为11.2千米每秒。第三宇宙速度又称逃逸速度，是指在地球上发射的物体解脱太阳引力约束，飞出太阳系所需的最小初始速度，其大小为16.7千米每秒。第四宇宙速度是指在地球上发射的物体解脱银河系引力束百思特网缚，飞出银河系所需的最小初始速度(www.isoyu.com原创版权)，其速度预计为110至120千米每秒。第五宇宙速度是指航天器从地球发射，飞出本星系群的最小速度，由于本星系群的半径、质量均未有足够准确的数据，所以无法精确得知数据大小。目前科学家估量本星系群大概有500至1000万光年，照此推算大概须要1500至2250千米每秒的速度能力飞离。

如果地球的质量更大，那么地球的引力便会更强，宇宙速度就会越高。现在，我们想像有一个这样的天体，其质量是如此之大，以至于其宇宙速度超过了光速（约合每秒30万公里）。于是，任何物体，甚至包含光在内，都无法从这个天体上逃脱。这样的天体就是黑洞。

牛顿第三活动定律

牛顿第三活动定律的常见表述是：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

牛顿活动定律在研讨对象上呈递进关系。第一、第二定律只研讨单一物体（可以只有一个物体，也可以从众多物体中隔离出一个物体来作为研讨对象），解决其不受力或受很多力作用后的活动问题；第三定律扩大了研讨对象，至少研讨是两个物体之间的相互作用，这种相互作用制约或影响了研讨对象或研讨对象以外的其它物体的活动。只有把第一、第二和第三定律有机联合能力解决全体的庞杂动力学问题，由质点的动力学动身去解决质点系、刚体、流体、振动、波动等的力学问题。

牛顿活动定律基于牛顿力学的根本假设

① 空间是绝对的，可以以为是数学上的抽象空间，和空间内的填充物资无关；

（相对论以为空间是相对的，在接近光速的空间中，空间压缩。物资告知时空如何曲折，时空告知物资如何活动）

② 时光是持续的、均匀流逝的、无限无尽的；

（相对论以为时光是相对的，在接近光速的空间中，时光膨胀。）

③ 时光和空间无关；

（相对论以为时空一体，不同的空间有不同的时光。）

④ 时光和活动状况无关；百思特网

（相对论以为时光与活动状况有关。）

⑤ 物体的质量和物体的活动状况无关。

（相对论以为在接近光速的空间中，质量会接近无穷大。）

牛顿力学系统本质上是在建在四个独立“ 概念”的基本之上的一座大厦。这四个基本概念分离是：绝对化的“质量”、绝对化的“空间”、绝对化的“时光”和“力“（或“场”）。这里的“绝对化”其实是指不受物体活动状况影响的意思。

牛顿活动定律在日常条件下对宏观对象有很好的近似性。然而，牛顿定律（联合万有引力和经典电动力学）在某些情形下是不适合的，最明显的是在非常小的标准，非常高的速度或非常强的引力场。因此，这些定律不能用来说明诸如半导体中的电传导、物资的光学性质、非相对论校订GPS体系中的误差和超导电性等现象。对这些现象的说明须要更庞杂的物理理论，包含广义相对论和量子场理论。

牛顿活动定律只实用于质点，牛顿活动定律中所指的物体为质点。即物体的大小和形状被疏忽，从而更容易关注其活动。当物体与其剖析所涉及的距离相比拟小时，或者当物体的变形和旋转不主要时，可以这样做。这样，即使是行星也可以被幻想化为一个粒子，用来剖析恒星绕恒星的轨道活动。

牛顿活动定律只实用于惯性参考系。孤立质点相对它静止或做匀速直线活动的参考系为惯性参考系。在非惯性参考系（加速参考系）中牛顿活动定律不实用，因为不受外力的物体在该参考系中也可能具有加速度，与牛顿第一活动定律相悖；只有在惯性参考系中牛顿活动定律才实用。但通过惯性力的引入可以使牛顿活动定律中的第二定律的表现情势在非惯性系中实用。

相对于一个惯性系作加速活动的参考系必定是非惯性系。由于转动发生加速度，所以相对一个惯性系作转动的参考系也必定是非惯性系。自然界中不存在严厉的惯性系，任何物体间都有万有引力，参考系所选定的参照物总要受到引力作用而发生加速度。通常以为太阳系相对于地心系和地面系来说是较好的惯性系，其次是地心系。

1905年以来，爱因斯坦的相对论颠覆了牛顿树立的大部分科学系统。爱因斯坦指出，牛顿活动定律在超越经典力学规模或质点、惯性参考系以及宏观、低速活动问题等实用条件时，不再成立。

牛顿活动定律只实用宏观问题。解决微观问题必需应用量子力学。

牛顿活动定律只实用低速问题。若物体的速度与光速接近时，必需应用狭义相对论。