深刻理解牛頓第一定律內涵,對理解物質運動至關重要

2020-12-13 國學大觀

導讀:如何加深理解牛頓第一定律內涵,此文可以幫助你。

在這裡再補充一下牛頓第一定律的內涵:

(1)提出了力概念的科學的定性定義。

牛頓在表述他的第一定律前的定義中明確提出:力是對物體的作用,使物體改變靜止或勻速直線運動狀態。這就對力概念給出了定性的、科學的定義。其要點之一是力的起源:力是物體對物體的作用(牛頓第三定律進一步揭示物體間力的相互作用性質的規律)。力存在於這種作用過程之中。其要點之二是力作用的效果:是使受力物體的運動狀態發生變化,即產生加速度。

這是牛頓在運動定律研究方面,超過伽利略的原因之一,就在於他科學地定義了力這個重要概念。它使原來關於推、拉這種關於力的模糊認識上升到科學概念,從而大大拓寬了人們對力的認識,拓寬了力的範圍。使人們根據上述的兩個要點,去認識更大範疇內的作用力,包括引力,電磁力等等。

(2)慣性概念的確立。第一定律表明:在不受外力作用的情況下,每一個物體都具有保持靜止或沿一直線作等速運動狀態的屬性,這就是慣性。

牛頓在陳述第一定律前的定義中,明確定義了「慣性」這一概念,他指出:「慣性是一種起抵抗作用的能力,它存在於每一物體當中,」這種抵抗作用的能力,「使之保持其現有狀態,或者靜止,或是勻速直線運動。」顯然,這裡所說的起抵抗作用的能力,是指對外界改變物體運動狀態的作用的抵抗能力。所以慣性被認為是物體固有的屬性,不論物體是否受力都具有的性質。當物體沒有受外力作用時,靜者恆靜,動者恆作勻速直線運動,是物體慣性的表現;當物體受到外力作用時,物體的慣性表現於對外界作用的「抵抗性」(此即牛頓所說「抵抗能力」的含義)。這種「抵抗性」在牛頓第二定律中將得到進一步的定量地闡明。但很少有人去思考慣性和引力之間的關係和作用。

(3)定義了慣性系參考系是判斷動、靜,描述物體運動的依據,人們可以任意選定一個參考系來對自己感興趣的物體運動進行描述。

對任一物體,不管它是否受力,都可以找到一個參考系,在此參考系中,該物體是靜止的或作勻速直線運動的。可見,離開參考系談慣性定律是毫無意義的。牛頓第一定律把「不受其它物體作用力」作為「物體繼續保持靜止或勻速直線運動」的條件,就界定了牛頓力學適用於一類特殊的參考系,這類特殊的參考系就是不受力作用的物體在其中靜止或作勻速直線運動的參考系,稱為慣性系。牛頓第一定律正是通過不受外界作用的物體的運動狀態來定義慣性參考系,從而使它成為整個力學甚至物理學的出發點。因此包含三層含義的牛頓第一定律第一個任務就是揭示了一切物體都具有的這種屬性,「一切物體在不受外力的情況下都會保持靜止或者勻速直線運動狀態」。

那麼很顯然了。非慣性系的定義就是:物體間運動狀態不遵守伽利略變換的參考係為非慣性系。

在這裡說明一下為什麼不將慣性系直接定義為:物體間運動狀態遵守伽利略變換的參考係為慣性系。

大家可以看一下伽利略變換的內容:伽利略變換是牛頓力學中所使用的兩個相對做等速直線運動的參考系中的時空變換。等速和勻速是不同的。所以不能直接這樣定義慣性系!

而要深刻理解伽利略變換和洛倫茲變換是這樣的:伽利略變換與牛頓的絕對時間、絕對空間的概念有關。這裡所謂絕對是指長度的量度與時間的量度均與參考系的運動或參考系的選擇無關。

但現代物理學中電磁光學現象所符合的相對性原理與伽利略變換發生了尖銳的矛盾,因此在狹義相對論中修改了絕對時空的概念,空間和時間遵從洛倫茲變換。

這時長度與時間的量度都與參考系的速度有關。不過在運動速度遠小於光的速度時,洛倫茲變換近似等於伽利略變換。

而且物質具有慣性在我看來,本身就蘊含深意。不僅是宏觀上的,也有微觀上的。

楞次定律:即感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因。是微觀上的「慣性」表現。而且化學反應也是。物質具有保持原來狀態的性質,是普適的!無論是微觀還是宏觀。如果你想打破原來的物質「狀態」就必須付出相應的能量!所以物質具有「慣性」在更深層的物理上是能量守恆定律!這就是為什麼會在上面強調慣性與能量的深化認識了。

由這一點,同樣可以看出,引力作為慣性的源泉。不應該被排除到量子力學之外。而且她反而在一個很微妙的位置上。

摘自獨立學者,科普作家,藝術家靈遁者科普書籍《變化》

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