牛頓在《自然哲學(xué)的物理原理》中的原始敘述是:任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),直至外力促使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。[3]該敘述在人教版、粵教版初中數(shù)學(xué)教材中被引用。
用物理公式表示為:
發(fā)展歷史
公元前5世紀(jì)的德謨克利特、伊壁鳩魯覺(jué)得:“當(dāng)原子在虛空里被帶往前因而沒(méi)有東西與她們碰撞時(shí),它們一定以相等的速率運(yùn)動(dòng)。”這只是推測(cè)或推論的結(jié)果。
公元前4世紀(jì),意大利的哲學(xué)家亞里士多德強(qiáng)調(diào):力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由,有力就有運(yùn)動(dòng),沒(méi)有力就沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。其實(shí)這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn),但他第一次提出了力與運(yùn)動(dòng)間存在關(guān)系的論據(jù),這就是他對(duì)動(dòng)力學(xué)的貢獻(xiàn)。
6世紀(jì)法國(guó)學(xué)者菲洛彭諾斯對(duì)亞里士多德的運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)持批判心態(tài)。他覺(jué)得拋體本身具有某種動(dòng)力,促使物體前進(jìn),直至用盡才漸趨停止,這些想法后來(lái)發(fā)展為“沖力理論”。
14世紀(jì),以布里丹、阿爾伯特、奧里斯姆等人提出“沖力理論”,她們覺(jué)得:“推動(dòng)者在推進(jìn)一物體運(yùn)動(dòng)時(shí),便對(duì)它施加某種力道或某種動(dòng)力,速率越大,力道越大,力道用盡時(shí),物體停止出來(lái)。”這為伽利略和牛頓開辟了公路。
17世紀(jì),伽利略,在自己的專著中多次提出類似于慣性原理的說(shuō)法。他分別于1632年和1638年,在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》和《關(guān)于熱學(xué)和運(yùn)動(dòng)兩種新科學(xué)的談話》(簡(jiǎn)稱《兩門新科學(xué)》)中記錄了他的理想斜面實(shí)驗(yàn)牛頓第一定律內(nèi)容理解,并推論得到推論:“假設(shè)物體沿光滑斜面落下,并順著另一斜面向下運(yùn)動(dòng),則物體不受斜面夾角的影響仍將達(dá)到和原先同樣的高度,只是須要的時(shí)間不同而已。”伽利略得到的推論,打破了自亞里士多德以來(lái)一千多年間關(guān)于受力運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)外力停止作用時(shí)便歸于靜止的陳舊觀念。伽利略的思想無(wú)疑地比他的師姐前進(jìn)了一大步,這已然很接近慣性定理,而且伽利略還沒(méi)有甩掉亞里士多德的影響,還不能說(shuō)伽利略發(fā)覺(jué)了慣性定理。
1644年,笛卡爾在他的《哲學(xué)原理》一書中填補(bǔ)了伽利略的不足。他明晰地強(qiáng)調(diào),除非物體遭到內(nèi)因的作用,物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài),而且還特地申明,慣性運(yùn)動(dòng)的物體永遠(yuǎn)不會(huì)使自己趨于曲線運(yùn)動(dòng),而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。他把這條基本原理敘述為兩條定理:一、每一單獨(dú)的物質(zhì)微粒將繼續(xù)保持同一狀態(tài),直至與其他微粒相撞被迫改變這一狀態(tài)為止;二、所有的運(yùn)動(dòng),其本身都是沿直線的。但是笛卡兒沒(méi)有構(gòu)建起他企圖完善的那個(gè)能詮釋出各類自然現(xiàn)象的體系,其中許多是錯(cuò)誤的,不過(guò)他的思想對(duì)牛頓的綜合形成了一定的影響。笛卡兒的貢獻(xiàn)在于他第一個(gè)認(rèn)識(shí)到力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因。
1687年,牛頓在笛卡爾、伽利略等人工作的基礎(chǔ)上,撰寫《自然哲學(xué)的物理原理》,甩掉舊觀念的禁錮牛頓第一定律內(nèi)容理解,把慣性定理作為第一原理即將提了下來(lái):一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它前面的外力促使它改變這些狀態(tài)為止。他提出了保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是物體的固有屬性的觀點(diǎn),以及從中得出的慣性參照系的概念。