牛顿的三大运动定律包括
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牛顿的三大运动定律包括：一切物体在不受外力的情况下，总保持
静止或
匀
速直线运动
状态
（惯性定律）
；
物体运动的加速度与物体所受合外力
成正比，
与
物体质量成反比，
加速度方
向与合外力方向相同
（
加速度定律
）<
/p>
；
两个物体间的
作用力与反作用力在同一
条直线上，
大小相等，
方向相反
（作用
力与反作用力定
律）。
运动三定律虽以英国著名物理学家、
天文学家、
数学家牛顿
（
，
1643
－
1727
）的名字命名
，但它是历史上许多科学家长期探索的结晶。
1684
年，
牛顿集成并发展了前人的研究成果，
科学、
系统地定义了惯性定律、
加速度定律、作用力与反作用
力定律，合称运动三定律。
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关系表
外文名
Newton's
laws
of motion
提出时间
17
世纪后期
提出者
艾萨克·牛顿
应用学科
物理学
中文名
牛顿运动定律
目
录
1
概况
2
内容
第一定律
第二定律
第三定律
3
适用范围
4
创立意义
5
守恒定律
6
牛顿简介
1
概况
物理泰斗艾萨克·牛顿。
在应用牛顿定律之前，
必需先将物体理想化为质点。
所谓“质点”是指物理学中理想化的模型，
在考虑物体的运动时，
将物体的形状、
大小、质地、软硬等性质全部忽略，只用一个几何点和一个质
量来代表此物体。
质点模型适用的范围是当与分析所涉及的距离相比较，物体的尺寸显得
很微小，
或我们只考虑物体受的外力，
物体本身的内部结构、<
/p>
形变、
旋转、
温度等对于分
析并不重要。
举例而言，
在分析行星环绕恒星的轨道
运动时，
行星与恒星都可以
被理想化为质点。
< br>
原初版本的牛顿运动定律只适用于描述质点的动力学
，
不具有足够功能来描述
刚体与可变形体的运动。
1750
年，欧拉在牛顿定律的基础上，推导出能够应用
于刚体的欧拉运动定律。后来，这定律又被应用于假定为连续介质的可变形体。
假若
用一群离散质点的组合来代表物体，
其中每一个质点都遵守牛顿定律，
< br>则可
以从牛顿定律推导出欧拉运动定律。
不论如何，
欧拉运动定律可以直接视为专门
描述宏观物体运动的公理，
与物体内部结构无关。
在这里，
宏观物体指的是
尺度
远远大于粒子尺度的物体。
牛顿运动定律只成立于惯性参考系，
又称为牛顿参考系。
有些学者喜欢将第
一定律作为根本，而将惯
性参考系视作第一定律的延伸，也就是说在他们看来，
第一定律可以用来定义惯性参考系
。
假若采用这观点，
则由于只有从惯性参考系
< br>观察，
第二定律才成立，
所以，
不能从第二定律以特例的方式来推导出第一定律。
另外又有一些学者将第一定律视为第二
定律的推论。
特别注意，
惯性参考系的概
念是在牛顿之后很久才发展成功。
2
内容
第一定律
《自然哲学的数学原理》提出的牛顿运动定律牛顿第一
定律的两种表达方式：
1.
一切物体在没有受到力的作用时
（合外力为零时）
，
总保持匀速直线运动状态
或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。
<
/p>
2.
当一个质点距离其他质点足够远时，这个质点就作匀速直线运
动或保持静止。
第一种表达方式较普遍，
第二种表达方式在爱因斯坦和吴大猷的著作中曾经被提
到。两种表达方式等价。
由于物体保持运动状态不变的特性叫做惯性，所以牛顿第一定律也
叫惯性定律。
惯性是一切物体固有的属性，
< br>无论是固体、
液体、
气体和等离子体，
< br>无论物体是
运动还是静止，都具有惯性。
注：
牛顿第一定律不是对所有的参考系都适用。
不过
我们总能找到那样的参考系，
使牛顿第一定律适用。这样的参考系被称为惯性参考系，简
称惯性系。
[1]
第二定律
内容
物体的加速度的大小跟物体所受
的合外力成正比，
跟物体的质量成反比，
加速度
的方向跟合外力的方向相同。
几点说明：
（
1
）牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同
时消失。
（
2
）
F=ma
是一个矢量方程，应用时应规定正
方向，凡与正方向相同的力或加速
度均取正值，反之取负值，一般常取加速度的方向为正
方向。
（
3
）根据力的独立作用原理，用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问
题时，
可将物体所受各力正交分解，
在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第
二
定律的分量形式：
Fx=max
，<
/p>
Fy=may
列方程。
（
4
）牛顿第二定律只适用于质点的运动。
六个性质
牛顿第二定
律的应用（
1
）因果性：力是产生加
速
度的原因。
（
2
）同体性：
F
合、
m
、
a
对应于同一物体。
<
/p>
（
3
）矢量性：力和加速度都是矢量，物
体加速度方向由物体所受合外力的方向
决定。牛顿第二定律数学表达式∑F = ma<
/p>
中，等号不仅表示左右两边数值相等，
也表示方向一致，即物体加
速度方向与所受合外力方向相同。
（
4
）瞬时性：当物体（质量一定）所受外力发生突然变化时，作为由力决定的
加速度的大小和方向也要同时发生突变；
当合外力为零时，
加速度同时为零，
加
速度与合外力保持一一对应关系。
牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律，
表明了
< br>力的瞬间效应。
（
5
）相对性：自然界中存在着一种坐标系，在这种坐标系中，当物体不受力时
将保持匀速直线运动或静止状态，
这样的坐标系叫惯性参照系。
地面和相对于地
面静止或作匀速直线运动的物体可以看作是惯性参照系，
牛顿定律只在惯性参照
系中才成立。
（
6
）独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独
立产生一个加速度，各个力
产生的加速度的矢量和等于合外力产生的加速度。
适用范围
（
1
）只适用于低速运动的物体（与光速比速度较低）。
< br>
（
2
）只适用于宏观物体，牛
顿第二定律不适用于微观原子。
（
3
）参照系应为惯性系。
第三定律
内容
两个物体之间的作用力和反作用
力，在同一直线上，大小相等，方向相反。
（详
见牛顿第三运动
定律）
表达式：
F=-F'
（
F
表示作用力，
F'
表示反作用力，
负号表示反作用力
F'
与作用力
F
的方向相反）
说明
要改变一个物体的运动状
态，
必须有其它物体和它相互作用。
物体之间的相互作
用是通过力体现的。
并且指出力的作用是相互的，
有作用力必有反作用力。
它们
是作用在同一条直线上，大小相
等，方向相反。
注意
①力的作用是相互的。作用力与反作用力同时出现，同时消失。
②相互作用力一定是相同性质的力
③
作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用不能相互抵消。
④作用力也可以叫做反作用力，只是选择的参照物不同
⑤作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上，所以不能求合力
相互作用力和平衡力的区别
牛顿第三定律
①相互作用力是大小相
等、
方向相反、
作用在两个物体上、
且
在同一直线上的力；
两个力的性质是相同的。
②平衡力是作用在同一个物体上的两个力，
大小相同、
方向相反，
并且作用在同
一直线上。两个力的性质可以是不同的
。
③相互平衡的两个力可以单独存在，但相互作用力同时存在
，同时消失
例如：
物体放在桌子上，
对于物体所受重力与支持力，
二者属于平衡力，
将物体
拿走后支持力消失，而重力依然存在．
而物体在桌子上，
物体所受的支持力与桌面所受的压力，
二者为一对作用力与反
作用力．物体拿走后，二者都消失．
< br>[2]
3
适用范围
牛顿运动定律是建立在绝对时空以及与此相适应的超距作用基础上的所谓超距
作用，<
/p>
是指分离的物体间不需要任何介质，
也不需要时间来传递它们之间
的相互
作用。也就是说相互作用以无穷大的速度传递。
除了上述基本观点以外，
在牛顿的时代，
人们
了解的相互作用。
如万有引力、
磁
石之
间的磁力以及相互接触物体之间的作用力，
都是沿着相互作用的物体的连线
方向，而且相互作用的物体的运动速度都在常速范围内。
< br>在这种情况下，
牛顿从实验中发现了第三定律。
“每一个
作用总是有一个相等的
反作用和它相对抗；
或者说，
两物体彼此之间的相互作用永远相等，
并且各自指
向其对方。”作用力和反作用力等大、反向、共线，彼此作用于对方，并且同时
产生，<
/p>
性质相同，
这些常常是我们讲授这个定律要强调的内容。
而且，
在一定范
围内，牛顿第三定律与物体系的
动量守恒是密切相联系的。
牛頓運動定律
(
水平加速運動
)
但是随着人们对
物体间的相互作用的认识的发展，
19
世纪发现了电与磁之间的联系，建立了电
场、
磁场的概念；
除了静止电荷之间有沿着连线方向相互作用的库仑力外，
发现
运动电荷还要受到磁场力即洛伦兹力的作用；
运动电荷又将激发磁场，
因此两个
运动电荷之间存在相互作用。在对电磁现象研究的基础
上，麦克斯韦（
1831
－
1879<
/p>
）在
1855
～
1873
年间完成了对电磁现象及其规律的大综合、建立了系统的
电磁理论，发现电磁作用是通过电磁场以有限的速度（光速
c
）来传递的，后来
为电磁波的发现所证实。
< br>物理学的深入发展，
暴露出牛顿第三定律并不是对一切相互作用都是适用的。
如
果说静止电荷之间的库仑相互作用是沿着二电荷的连线方向，
静电作用可当作以
“无穷大速度”传递的超距作用，
因而牛顿第三定律仍适用的话，
那么，
对于运
动电荷之间的相互作用，
牛顿第三定律就不适用了。
运动电荷
B
通过激发的磁场
作用于
运动电荷
A
的力为
< br>（并不沿
AB
的连线）
，
而运动电荷
A
的磁场在此刻对
B
电荷却无作用力。由此可见，作用力在此刻不存在反作用力，作用与反作用定
律在这里失效了。
实验证明：
对于以电磁场为媒介传递的近距作用，
总存在着时间的推迟。
对于存
在推迟效应的相互作用，
牛顿第三定律显
然是不适用的。
实际上，
只有对于沿着
二物连线方向的作用
（称为有心力）
，
并可以不计这种作用传递时间
（即可看做
直接的超距作用）的场
合中，牛顿第三定律才有效。
但是在牛顿力学体系中，
与第三定律密切相关的动量守恒定律，
却是一个普遍的
自然规律。
在有电磁相互作用参与的情况下，
动量的概
念应从实物的动量扩大到
包含场的动量；从实物粒子的机械动量守恒扩大为全部粒子和场
的总动量守恒，
[3]
从而使动量守恒定律成为普适的守恒定律
。