牛頓三大定律包括牛頓第一定律、牛頓第二定律和牛頓第三定律,它們適用于以下范圍:
1. 牛頓第一定律,又稱慣性定律,它適用于任何參考系。
2. 牛頓第二定律,即運動定律,它描述了物體在受到持續外力作用時的運動規律,同樣適用于任何參考系。
3. 牛頓第三定律,即作用與反作用定律,它指出兩個物體之間的相互作用在數值上等于物體各自質量的乘積/ma2,即F=ma。這個定律也適用于靜止物體,只要它們在某個瞬間受到相同的恒定外力。
總之,牛頓三大定律適用于描述物體在受到持續外力作用時的運動規律,可以用于解決各種實際問題,包括力學、天文學、流體靜力學和相對論等問題。
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、方向與水平面成30度角斜向上的拉力作用,物體靜止不動。求物體所受的摩擦力大小和方向。
首先,根據牛頓第一定律,物體保持靜止不動,因此物體所受的摩擦力為零。
然后,根據牛頓第二定律,物體受到的合外力為零,因此物體受到的摩擦力和拉力在水平方向上的分力平衡,即摩擦力等于拉力在水平方向上的分力。
已知拉力大小為20N,方向與水平面成30度角斜向上。根據三角函數可得,水平分力為10N。因此,物體所受的摩擦力大小也為10N,方向與拉力的水平分力相反,即沿水平面向右。
這個例題展示了牛頓第一定律和牛頓第二定律在低速宏觀物體上的應用,適用于地面上的靜止或低速運動的物體,而不適用于高速運動的物體或微觀粒子。