牛頓三大定律包括第一、第二和第三定律,分別介紹如下:
第一定律,慣性定律(惰性定律):一個物體如果沒有外力作用,將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。公式:F=0時,a=0,物體慣性。
第二定律,作用與反作用定律:物體所受的外力(F)的矢量和等于物體的質量(m)和加速度(a)的乘積(F=ma)或物體的動量變化率(p=mv)。公式:Ft=Δp,其中F是合外力,t是時間,Δp是動量的變化。
第三定律,牛頓運動定律補充定律:每一物體都通過一定的加速度作用于另一物體,即施力物體對受力物體的作用力等于受力物體的質量與施力物體作用于受力物體的力的乘積除以受力物體的加速度。公式:F=ma。
請注意,這些定律和公式主要適用于宏觀、低速、弱引力的系統。在處理高速運動或強引力場的問題時,可能需要考慮相對論力學和量子力學。
1. 牛頓第一定律(慣性定律):每個物體都保持靜止或勻速直線運動的狀態,直到受到外部作用力導致其運動狀態發生變化為止。公式:F=ma,其中F代表合力,m代表質量,a代表加速度。
2. 牛頓第二定律(作用力與反作用力定律):物體所受的合外力等于各個力對其作用的力的矢量和。公式:F=ma,其中F代表合力,m代表質量,a代表加速度。此外,牛頓第二定律還可以表述為:物體所受的每一個外力等效地產生一定的加速度,改變物體的質量不會改變物體的加速度。
3. 牛頓第三定律(相互作用的平衡定律):每一個作用力都有一個大小相等、方向相反的反作用力。公式:無。
例題:一個質量為5kg的物體在水平地面上受到一個大小為20N的水平推力,物體與地面間的摩擦因數為0.2,求物體的加速度。
解:根據牛頓第二定律,物體的加速度為:
a = F / m = 20 / 5 = 4m/s2
其中F為推力,m為物體質量,f為摩擦力。物體受到的摩擦力為:
f = μF = 0.2 × 20 = 4N
因此,物體的合力為F合 = F - f = 20 - 4 = 16N
根據牛頓第二定律,物體的加速度為a = F合 / m = 16 / 5 = 3.2m/s2