剖析牛顿定律(一)

作者: 能子源 | 来源:发表于2022-08-05 16:16 被阅读0次

经典物理虽然有一点儿不足,但它是一个很好的近似理论,并且它是低光速宏观物体现实中,所遵循的无可代替的精简、美观的理论,同时它是我们实际生活中触摸可及的东西。经典物理框架,以牛顿定律为主要基础,尤其以牛顿的三大定律为奠基石。下面我就从自己所学心得,剖析剖析牛顿三大定律。

牛顿第一定律:

一切物体总保持匀速直线运动或静止状态,只有外力改变这种状态为止,这是牛顿第一定律,也称惯性定律。

一、解剖“牛一律”

牛顿第一定律不仅提出了力、惯性和惯性系的概念,而且道出了物体运动与力和惯性的关系。物体为什么能保持运动状态不变呢?因为惯性。宇宙万物都具有本初性,当物质以质量的形态存在时,本初性就体现为惯性,惯性告诉物体应该保持原来的状态运动最省事、最简单。如果要改变原来的运动状态,就要有外力的作用,故外力是改变物体运动状态的原因,是物体产生加速度的根源。

在外力的作用下,惯性极力维持自身的运动状态以反抗外力,但它只能阻碍,没能力阻止。惯性越大,运动状态越难改变,所以在相对论中,物体在速度增大的同时,以增加质量的方法增大惯性来提高阻碍力度(相对论中物体的运动速度越大,其质量越大,惯性越大)。力是物体运动状态改变的驱动,要使物体的运动状态大幅度地改变,就务必施加更大的外力。由此可见,物体运动的难易程度,最后就由物体自身的质量和外来的作用力二者共同决定,即质量越小、外力越大,其运动状态越容易改变;反之亦然。从第牛顿一定律得出了惯性、力和惯性系的概念。惯性和力在文章《惯性性能论》和《场论动力学》里已经说清了,而且我们也能感觉到它们的存在。例如,当刹车时你容易向前倾,这是因为习惯要保持原来的运动状态,而车座给你的阻力却让你跟随着车一起停止,所以导致向前倾的现象。再比如相同条件下,加的油门越大,车越走的快,这是因为给的力越大,车越容易提速。关于惯性系,我们下来要好好说道说道。

二、惯性系

物体的运动是绝对的,但运动的描述是相对的,相对谁呢?相对参考系。这就要求我们在研究物体运动之前,找准参考系(或参照物或参考物),通常用的参考系为惯性参考系,简称惯性系。牛顿第一定律中,做匀速直线运动或静止状态的参考系是惯性系。惯性系是指,不受外力(或受合外力为零)的物体或系统。不受外力,系统就会保持相对静止或匀速直线运动状态,其时间是均匀流逝的,空间是均匀和各向同性的,在这样的参考系内,描述运动最简单,运动定律都是等效的定律,故此参考系就是惯性参考系,简称惯性系。物质相对于惯性系静止或做匀速直线运动,其受合外力就为零;物质受合外力为零,就一定相对于惯性系静止或做匀速直线运动。

惯性系高清了,但哪里找这样的惯性系或者什么样的系统才能看作是惯性系?其实真空中的光速就是一个不错的选项;但是以光速为参考系难操作。所以人们常常以地球作为惯性参考系,如果把地球看作惯性系,那么相对于地球静止或做匀速直线运动的物体,都可以当作是惯性系。如果想严格一点,科学家常以远离其它天体的星系为惯性系;同理相对于此天体静止或做匀速直线运动的物体,都可以当作是惯性系。不管是地球,还是远离其它天体的星系都是近似的惯性系;即使是光速,也在引力场中发生了弯曲。为了研究的方便和概念的推广,科学家们提出了相对惯性系,即一切做等速直线运动的任何参考系都是惯性系。现在的问题是,有没有一个完全绝对的惯性系呢?这是一个非常严肃而又复杂的问题。为此,科学家们正在寻找更加完美的惯性系,但绝对的惯性系即使存在,也恐怕难以求索,因为运动具有相对性,并且万物都处在相互作用之中。即使如此,我们也要不断努力,这样才能更好地接近目标。如果有人硬要不信这个邪,那只能到宇宙大爆炸的始端去找找,因为那里有物质本初不变性的密码。能子源版权,违之必究!

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