于1687年,荷蘭數(shù)學(xué)泰斗艾薩克·牛頓在專著《自然哲學(xué)的物理原理》里,提出了牛頓運(yùn)動(dòng)定理。牛頓第一運(yùn)動(dòng)定理就是其中一條定理。
牛頓第一運(yùn)動(dòng)定理('sfirstlawof)表明,除非有外力施加牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律是,物體的運(yùn)動(dòng)速率不會(huì)改變。依據(jù)該定理,假定沒有任何外力施加或所施加的外力之和為零,則運(yùn)動(dòng)中物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),靜止物體總保持靜止?fàn)顟B(tài)。物體所顯示出的維持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的這性質(zhì)稱為慣性。所以,該定理又稱為慣性定理。物體的慣性與其質(zhì)量有關(guān)。
抒發(fā)形式
牛頓
牛頓第一運(yùn)動(dòng)定理的通常抒發(fā)形式為:
每一個(gè)物體就會(huì)堅(jiān)持它的靜止?fàn)顟B(tài)或沿仍然線做勻速的運(yùn)動(dòng),除非此物體遭到力促使它改變?cè)械臓顟B(tài)。
這定理陳述:如凈力(作用在一個(gè)物體上所有力的向量和)等于零,則這個(gè)物體的速率是一個(gè)常數(shù)。
結(jié)果是:
1.一個(gè)原先靜止的物感受保留在靜止?fàn)顟B(tài)。除非有一凈外力對(duì)它作用。
2.一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,不會(huì)改變它的速率;除非有一凈外力對(duì)它作用。
適用范圍
1.牛頓把他的運(yùn)動(dòng)定理構(gòu)建在一個(gè)稱為慣性座標(biāo)系中,而任何參考座標(biāo)系相對(duì)慣性座標(biāo)系作勻速運(yùn)動(dòng)的也是慣性座標(biāo)系。為此,牛頓定理只在慣性座標(biāo)系中有效。
2.物體的運(yùn)動(dòng)速率要比光速小得多。
3.宏觀物體。
獨(dú)立性
牛頓第一定理是完全獨(dú)立的基本定理,它的獨(dú)立性表現(xiàn)在:
1、確定了慣性參考系并引出了邏輯循環(huán)論證,這是公理體系的表現(xiàn),任何學(xué)科的第一命題都要具有此特點(diǎn)。
2、指出了任何物體都具有慣性,完善的慣性概念。
3、它的否命題闡明出力的概念,力是物體對(duì)物體的作用,力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。
4、是牛頓第二定理的基礎(chǔ),首先,牛頓第一定理為第二定理打算了概念(力、慣性質(zhì)量、慣性系)并定性闡述力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系;其次,第一定理主要說明物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。不受外力作用和物體所受外力矢量和為零不是一碼事,因而不能把牛頓第一定理當(dāng)作牛頓第二定理在F=0時(shí)的特殊情況。
綜上所述,牛頓第一定理是完全獨(dú)立的基本定理,用其解決的問題,別任何規(guī)律都未能解決,第二、第三定理根本不能代替第一定理。
產(chǎn)生過程
牛頓第一定理是伽利略慣性概念的敘說。亞里斯多德有這樣的觀點(diǎn);宇宙中所有物體都有一自然的位置,重物如,巖石愿在月球上靜止,而輕物,如煙愿在天空中靜止。行星愿在天空中逗留。他想,物體靜止是它的自然狀態(tài)。如要一物體沿仍然線作直線運(yùn)動(dòng),則要有一連續(xù)的外力推它。否則,它會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。
伽利略對(duì)亞里斯多德對(duì)關(guān)于宇宙的描述存有許多問體和懷疑。自己做了許多斜面落體實(shí)驗(yàn),從這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果,伽利略得出慣性的概念如下:一個(gè)物體不會(huì)自發(fā)地去改變它的速率牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律是,如一個(gè)物體原先作直線勻速運(yùn)動(dòng),它會(huì)繼續(xù)沿原直線的方向勻速運(yùn)動(dòng),除非它遭到另外力的作用。假如一個(gè)物體,原先是靜止的,它會(huì)繼續(xù)靜止。物體的這些性質(zhì),稱為慣性。牛頓敘說了伽利略慣性的定義;而成為他的運(yùn)動(dòng)第一定理。