牛顿第一定律的实质地位和作用
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牛顿第一定律的实质地位和作用
高焜（安庆师范学院物理与电气工程学院
安徽
安庆
246011
）
指导老师：江燕燕
摘要
：
文章
研究了牛顿第一定律的实质及在牛顿三个定律中的地作用。澄清了对牛顿
第
一定律的一些模糊认识对
认
识
牛
顿
三
定
律
之
间
的
关
系
和
理
论
的
完
备
性
和
逻
辑
< br>性
提
出
了
不
同
的
看法
。文章指出：
牛顿第一定律的实质是给出了
一个不受力或所受合
力为零不存在加速度的系
统
,
即通常所
说
的惯性
系而不
是力的定
义
,
定律成立与否来定而
牛
顿
第
二
、第<
/p>
三
定
律
只
对
惯
性
系
才
成
立
。
惯性系也不能用牛顿义。
关键词
:
牛顿第一定律
;
惯性系
;
力
13
世纪的约翰·布里单提出了“冲力”
（
impetus
）的概念，他把冲力设想为
初始推动者传给物体的一种推动力，
并赋予了冲力一种永恒的质，
< br>认为它
将一直
持续下去，
除非被
外部阻力所减弱或者耗尽。
在没有外力作用的情况下，
冲力的<
/p>
初始量将保持不变，
并且他暗示，
如果将
运动的所有阻力撤出，
那么物体一旦开
始运动，
很与可能将永远沿直线匀速运动下去，
他没有任何理由改变自己的运动
方向或者初始速度。
[1]
牛顿在
1687
年出版的名著《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条定
律做为动力学的基础。这
三条定律统称牛顿运动定律
,
以牛顿运动定律为基础建
立起来的力学理论叫做牛顿力学。牛顿所述的三条定律的中文译文为
:
第一定律
:
任何物体都保持静止或沿一条直线做匀速运动的状态
,
除非作用
在它上面的力迫使它改变这种状态。
第二定律
:
运动的变化与所加的动力成正比
,
并且发生在这力所沿的直线的
方向上
。
第三定律
:
对于每一个作用
,
总有一个相等的反
作用与之相反
;
或者说
,
两个物
体之间对各自对方的相互作用总是相等的
,<
/p>
而且指向相反的方向。
牛顿定律提出已经三百多年了
,
人们已经非
常熟悉了。
可是纵观许多物理学
的教科书
,
对牛顿第一定律的实质的认识
,
它
在三个定律中的地位和作用
,
却很少
给
出合理的解释和定位。
下面就一些”
物理学”
< br>教科书中对第一定律的不尽合理
的解释和定位逐一给予说明
。
1
牛顿第一定律的本质并非描述物体具有惯性
几乎所有的“物理”教科书中都强
调
:
牛顿第一定律描述了物体具有惯性
,
所以把第一定律也称作惯性定律。其中具有代表性的
:
如北京大学顾建中先生编
写的《普通物理学简明教程》力学部分
[2]
就明确指出
:
“第一定律中包含两个
重要的
<
/p>
概念。
(1)
如果没有其他物体的作用<
/p>
,
则所研究的物体将保持其静止的或匀
速
直线运动的状态
;
这种性质称为该物体的惯性„„因为第一定律
包含惯性这个
重要概念
,
所以又叫惯性
定律。
(2)
„„。
”
又如张三惠等编著的《大学物理学》力学
[3]
中
指出
:
“牛顿第一定律和两
个力学基本
概念相联系。
一个是物体的惯性
,
„„
,
另一个是力。
”
马文蔚先生改编
的《物理学》
[4]
也做了同样的论述等等。
如果第一定
律的实质是描述物体的惯性
,
那它就没有独立存在的意义了
,
因为牛顿
第二定律
a=F/m
不但描述了物体的惯性
,
而且定量地给出了物质的惯性大小可以
用惯性质量
m
来描述
,
由此可见第一定律称作惯性定律
,
把它说成是描述物体惯性
决非是牛顿的本意。
2
牛顿第一定律的实质也不是对力做出定义
前面已经提到
,
北京大学的顾建中先生编写的
《普通物理学简明教程》<
/p>
,
“力
学部分”
指出
,
第一定律中包含两个重要概念
,
其中第
(2)
个是
:
“要改变物体的运动
状态
,
即是说使物体产生加速度
,
一定要有其他物
体对它的作用
,
这种作用称为
力。
”这段话的意思就是说牛顿第一定律实质是对力作了定义
,
而程守洙、江之永
主编《普通物理学》卷
1
[5]
中更明确指出
:
“第一定律还定性的阐
明了力的涵
义。
”如果真如上述所指
,
第
一定律是对力的定义
,
那就产生了一种逻辑上的循环
,
即第一定律定义了力
,
而力的存在与否又决定了第一定律
,
这种逻辑上的混乱牛顿
是不会没发现的
,
也不会让这种逻辑错误存
在于它的理论体系中。关于力的定义
应该是在第一定律之外独立存在的一个概念
:
力是物体间的相互作用
,
而不是由第
一定律给出的。
3
牛顿第一定律的实质是给出了惯性系
牛顿第一定律的实质是
:
它给出了一个不受力或所受合力为零的物体或物
体系
,
这个系统不存在运动状态的改变
,
即这个系统不存在加速度
,
我们知道
物理
学中所研究的问题都是相对的
,
即
以一定的物体或物体系作参照物的
,
而牛顿第一
定律就给出了这样一个没有加速度的参照物系─—惯性系
,
它才使我们对物理问
题的研究和物理量的测量变的有意义。
4
牛顿第一定律在理论系统中的地位
第一定律中包含的基本概念，奠定
了经典力学的概念基础，从而使它处
于理论系统中定义原理的前提地位。
这表现在：
（
1
）
首次批驳了延续两千多年的亚里士多德等人错误的力的概念，为
确立
正确的力的概念扫清了道路。
（
2
）
第一次科学地给出了力的定性定义（含力的本质和力的效果）
。
（
3
）
第一次提出了经典力学的几个基本概念，为其他几个原理奠定了
概念
基础。
主要有：
< br>惯性参考系、力的定性概念（本质和效果）
、惯性及惯性运动。
< br>
牛顿第一定律首先表明了“不受力”下，物体的动力学规律（做惯性运动）
。在
此基础上才能表明其他几个基础原理。
首先，经典力学的全部规律均要求在惯性参考系内考察。
牛顿第二定律进一步要标明“受力”下，物体的动力学规律。在这里，利用
< br>力的效果，加速度
a
，定量定义了力的大小和方向；也定
量定义了惯性的大小即
质量。得到牛顿第二定律表达式
F=ma
。
在理的概念的基础上，才能进一步表述力本身的规律，这就是：