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牛顿运动定律包括牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律,由艾萨克牛顿于1687年在其著作《自然哲学的数学原理》中总结提出。

1.牛顿运动定律中的定律是相互独立的:牛顿第一运动定律为后面的定律准备了概念,定性地阐明了力与运动的关系。特别是第一定律中所说的“物体不受外力作用时的运动状态”,与第二定律中物体所受外力矢量和为零(合力为零)的运动状态是不同的。第一定律不能视为第二定律的特例,因为加速度是肯定导出的,但运动只能由第一定律本身完全阐明为惯性运动(静止或匀速直线运动)。第一法是完全独立的基本法。没有其他法律能解决它所解决的问题。第二和第三定律根本不能代替第一定律。

2.牛顿运动第二定律引入惯性质量,全面完整地刻画了一个力对物体产生的加速度,以及加速度、外力和质量之间的定量关系,构成了第二定律独立于第一、第三定律的深刻内涵和根本原因。

3.牛顿第三运动定律不能从第二定律推导出来,第二定律也不能代替第三定律,第一定律也不能代替第三定律。第三定律也是牛顿在伽利略之前观点的基础上提出的一个定律。第三定律的正确性取决于大量的实践。第三定律其实就是用强有力的语言表达出来的动量守恒定律,动量守恒定律是自然界普遍成立的少数几个基本物理定律之一。动量守恒在任何物理场中成立(当考虑电磁场的动量时,运动电子和电磁场的动量也是守恒的)。

4.牛顿运动定律的内在逻辑是一致自洽的,即三大定律相互兼容,形成一个有机整体:牛顿运动定律在研究对象上表现为递进关系。第一、第二定律只研究单个物体(可以只用一个物体,也可以把一个物体从许多物体中孤立出来作为研究对象),在它不受力或受许多力后求解运动问题;第三定律扩大了研究对象,至少研究了两个物体之间的相互作用,这种相互作用限制或影响了研究对象或研究对象以外的其他物体的运动。只有把第一、第二、第三定律有机地结合起来,才能解决所有复杂的动力学问题,从质点的动力学出发,才能解决质点系、刚体、流体、振动、波动等力学问题。

5.牛顿运动定律只在第一定律确定的惯性参考系中成立。牛顿绝对时空观中的惯性系虽然有逻辑循环(或逻辑恒等式)的困难,但在动力的语言表达上对理论体系是必不可少的。所有动力学问题都可以通过确定惯性系来解决。因为任何科学都不可能达到绝对真理,所以力学也是一门近似程度很高的科学。绝对惯性系不存在,近似惯性系永远存在。牛顿运动定律只在惯性系中适用,可见三大定律的一致性。

6.第一定律引入力的概念并阐明惯性性质,定性揭示力与运动的关系,为第二定律奠定基础和准备必要的概念;第三定律进一步给出了作用力的性质,揭示了物体运动的相互制约机制。三定律的结合,彻底解决了任何物体在复杂外力作用下的运动问题。牛顿运动定律是一个有机整体,是一脉相承的完整理论体系,是力学的基本公理。由它们推导出的动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、动量矩定理和角动量守恒定律,进一步证实了动力学公理体系的相容性和一致性。

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