在我刚进入大学时,系主任给新生开会,就让新生思考过这个问题。在那之前很多同学和我一样没有考虑过这个问题。
认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例,认为牛顿第二定律可以推导出牛顿第一定律,这样的认识都是错误的。
牛顿第一定律的原始表述是“一切物体都要保持静止或匀速直线运动状态,除非作用在上面的力迫使它改变运动状态”。牛顿第二定律的原始表达式是F=dmv/dt,很多情况下被人写成了F=ma。如果看牛顿第二定律,当加速度a=0的时候,物体恰好静止或做匀速直线运动,此时物体所受合力恰好为0,所以有人以此认为牛顿第一定律可以并入牛顿第二定律。
这种认识忽略了很多内容。牛顿第一定律也叫惯性定律,给出了物体保持其原有运动状态不变的性质——惯性,这在牛顿第二定律中是没有的。就凭这一点,牛顿第一定律就不是牛顿第二定律的特例,必须将其单独列为一个定律。
从人类认识的发展历程中看,牛顿第一定律也有划时代的意义。古希腊时期的亚里士多德认为物体的运动需要有力去维持,没有了力运动就会终止,这种观点持续了将近两千年的时间。直到中世纪时期,伽利略认识到物体的运动不需要力去维持,牛顿站在前人的肩膀上看到了更远的位置,物体的运动不需要力去维持,力还是改变运动状态的原因。
牛顿第一定律中涉及到了静止、匀速直线运动。是静止还是运动与参考系的选择有关,牛顿第一定律中不受力情况下的静止或匀速直线运动确立了一种特殊的参考系——惯性参考系,这是整个牛顿运动定律的适应范围。牛顿第一定律为第二、第三定律的建立打下了基础。
牛顿第二定律可以通过实验直接验证,而牛顿第一定律无法通过实验验证,只能通过理想实验进行合理的外推得到。
总之,牛顿第一定律完全不是牛顿第二定律的特例,绝对不是从属于牛顿第二定律。把她单独列为第一定律,这是必须的。
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