对牛顿三大定律的修正与完善

作者: 青莲烟 | 来源:发表于2022-09-09 10:56 被阅读0次

（节选内容1）

前言

1687年，牛顿在出版的著作《自然哲学的数学原理》中提出了三条定律作为动力学的基础。其主要内容为：

第一定律：任何物体都要保持匀速直线运动或静止的状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

第二定律：物体的加速度与合力成正比，与物体的质量成反比。F_合=ma。

第三定律：两个物体间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，且作用在一条直线上。

根据这三条定律的性质，第一定律又叫为惯性定律，第二定律又叫为加速度定律，第三定律又叫做作用力与反作用力定律。

正文

1

物体的惯性与作用力的分类

物理学中，一个物体所具有的惯性是指在不受外界因素的影响下，在同一参考系中具有初速度为0的物体将一直保持初速度为0的运动状态，具有初速度不为0的物体也将一直保持初速度不为0的运动状态，该物体所具有的运动状态不以时间的变化发生改变，也不以运动距离的变化而发生改变，若要想改变该物体的运动状态就得施加相应的外力作用。在同一参考系中，物体所产生的这种要保持匀速直线运动或静止状态的现象便称为惯性运动；物体所具有的这种要保持匀速直线运动或静止状态的性质便称之为惯性；物体所做惯性运动时所具有的速度便称之为惯性速度。

一个在环境中做惯性运动的物体，如果我们对该物体驰加一个作用力，便可以改变物体的运动状态。施加的作用力通常具有大小和方向的物理性质，这些具有不同大小和不同方向的作用力分别作用在物体的身上时，对物体的运动状态所造成的改变也是不同的。根据这些作用力对物体运动状态所造成的改变可以分为两种类型的力：第一种类型的力是不改变物体初始运动速度的大小，只对物体增加另一个方向上的速度大小从而改变物体做直线运动的轨迹。此类作用力可以使得物体发生做匀速圆周运动、曲线运动等直线运动轨迹发生变化的运动。第二种类型的力是不改变物体做直线运动的轨迹，只改变物体的初始运动速度大小和物体运动的正反方向。此类作用力可以使得物体发生加速运动、减速运动、静止甚至改变原有的运动方向做反方向运动的现象。

现在我们主要以第二种类型的力对物体惯性产生的作用进行研究，这种类型的力根据对物体的惯性产生的不同效果也可以分为两种力。一种是力作用方向与物体运动方向相同的力，可以称之为正作用力，简称为正向力；另一种是力作用方向与物体运动方向相反的力，可以称之为反作用力，简称为反向力。正向力使得物体的惯性速度增大，对外表现为物体发生加速运动的现象；反向力使得物体的惯性速度减少，对外表现为物体发生做减速运动，以至于最后静止或者做反向运动的现像。发生反向运动的物体，原先的反向力变得与物体发生反向运动后的方向一致，所以原先的反向力又可以称为物体新运动状态的正向力。

2

物体的惯性力与运动规律

在同一参考系里，若一个做惯性运动且惯性速度不为0的物体A与一个做惯性运动且惯性速度为0的物体B发生相撞后，可以使得物体A的运动状态会发生改变，物体B的运动状态也发生改变。相撞后的物体A的惯性速度变为0，相撞后的物体B获得一个新的惯性速度v发生运动。这种变化等同于物体A失去了原有的惯性，使得物体A的惯性变小了，对外表现为物体A的惯性速度变为0的运动状态。根据能量守恒的原理，这部分失去的惯性并不会无故消失，而是转移到了物体B的身上，使得物体B的惯性增加大了，对外表现为物体B获得了一个不为0的惯性速度，我把这种现象称之为惯性的转移。

当物体A的惯性转移到物体B的身上时，物体A对物体B产生的作用效果就如同物体A对物体B施加了一个相应大小的正向力，使得物体B在该正向力的作用下改变了原有的运动状态，最后获得新的速度做惯性运动的现象。所以物体A转移到物体B身上的惯性大小等同于一个作用在物体B身上的正向力大小。故一个物体所具有的惯性大小可以用力的大小来进行等同，而这个可以等同于物体惯性大小的力便称之为物体的惯性力。

当一个物体A把自身的惯性力转移给另一个物体B时，物体A的惯性力将发生减少，表现为物体A的惯性速度发生减少，物体B的惯性力则发生增大，表现为物体B的惯性速度发生增大。此原理称之为物体惯性力的转移原理。

惯性越大的物体，所具有的惯性力越大；惯性越小的物体所具有的惯性力越小，在同一参考系里，惯性力的大小用物体的质量与速度的乘积进行衡量。表达公式为：

F惯=mv