普通力學/動力學基本原理
亞里士多德闡述了動力學的觀點,與我們日常對世界的經驗非常吻合。物體只有在受到力的作用時才會運動。一旦力消失,物體就會停止運動。將箱子推過地板的行為說明了這一原理——箱子肯定不會自己動!
然而,如果我們嘗試使用亞里士多德的動力學來預測運動,我們很快就會遇到問題。它表明,在恆力作用下,物體以恆定速度運動,但雖然重力明顯感覺像恆力,但它顯然不會使物體以恆定速度運動。一個被扔出去的球甚至可以改變方向,僅僅在重力的作用下。
最終,人們開始尋找一種真正有效的動力學觀點。牛頓找到了答案,部分靈感來自於天體。
與地球上的行為形成對比的是,天體的運動似乎毫不費力。沒有明顯的力作用來使行星圍繞太陽運動。事實上,天體似乎只是以恆定速度沿直線運動,除非有東西作用於它們。
這種牛頓式的動力學觀點——物體在受到力的作用時改變的是速度而不是位置——由牛頓第二定律表達
其中 是作用於物體的力, 是它的質量, 是它的加速度。牛頓第一定律,即物體在沒有外力作用的情況下將保持靜止或勻速直線運動,實際上是牛頓第二定律的特例,適用於。
難怪牛頓力學最初的成功是在天體領域,即在預測行星軌道方面。牛頓的天才在於認識到,支配行星的相同原理也適用於地球領域。
在牛頓的觀點中,物體在停止推動時停止運動的趨勢僅僅是摩擦力阻礙運動的結果。摩擦力在地球上非常重要,但在行星運動中可以忽略不計,這就是為什麼牛頓動力學對天體更明顯地有效。
請注意,相對論原理與牛頓物理學密切相關,並且與牛頓前觀點不相容。畢竟,在牛頓前觀點中,兩個相對於彼此運動的參考系不可能是等效的,因為沒有東西推動著的物體只能在一個參考系中靜止!
愛因斯坦的相對論通常被視為對牛頓的否定,但這遠非事實——牛頓物理學透過發明相對論原理使相對論成為可能。與牛頓前動力學和牛頓動力學之間的差異相比,從牛頓物理學到愛因斯坦物理學所需的改變構成了一種微小的調整。
"靜止的物體趨向於保持靜止,運動的物體趨向於保持以相同的速度和方向運動,除非受到外力的作用".
他給出了這個定律,假設物體或系統是孤立的。如果我們看看日常生活,我們會發現這個定律在現實中是適用的,比如當我們停止踩踏板時,腳踏車會慢慢停下來,這是因為在我們的日常生活中,有兩個外力阻礙運動,它們是摩擦力和空氣阻力(這些力不包括在孤立系統的範圍內)。但是,如果這兩個力不存在,上述定律就適用,這可以在太空中觀察到。
"物體線性動量的變化率與作用在物體上的外力成正比".
這個概念背後的想法是 - “力是由物體之間的相互作用產生的。”利用這條定律,我們可以推匯出這個公式:。在這個公式中, 表示作用在物體上的力, 表示物體的質量, 表示物體的加速度。牛頓第二定律是自然界中的普遍定律,即它包含了兩個定律。牛頓假設物體是孤立的,因此根據第二定律,如果兩個不同系統中的物體之間沒有相互作用(意味著不是孤立的),那麼就沒有力可以阻止或使物體從其靜止狀態改變。
假設有兩個物體相互作用,那麼它們中的每一個都會對另一個物體施加力(從每一側觀察並應用第二定律),這就是第三定律。
“力的作用是相互的。”
這意味著如果物體 A 對物體 施加力,那麼物體 也會對物體 施加一個大小相等但方向相反的力。
- 負號表示力方向相反。