牛顿第一定律在哪里才成立?

科学的故事 2025-01-13 15:44:59

物理学中谈到物体的运动时,都会指出运动的相对性质,都要讲到“参考系”。

同一个物体的运动情况,在不同的参考系看来,是完全不同的。

比如,动车上一个人靠在椅子上睡觉。在邻座看来,这个人以及座位,都静止不动。

可是,在地面上的人看来,那个家伙和座位一起,在飞快地运动。他刚才还在深圳,不一会就到了广州。

再比如,在地面上看来,雨点向下运动。可是在另一个雨点看来,邻伴静止不动,倒是大地从下方向上运动。

再比如,人们看到醉汉东倒西歪,可是,醉汉不觉得自己东倒西歪,他看到的是,世界——大地、天空,高楼,人群等——在东倒西歪。

再比如,在地球上的人看来,月球绕自己做近似圆周运动。可是,以太阳和恒星为参考,月亮是沿着波浪线在围绕太阳转动。

所以,一个物体,究竟是静止还是在运动,假如运动,是沿着什么轨迹运动,运动方向如何,都要看是相对于哪个参考系而言。

上面这些问题(运动的相对性与参考系的选择),都是关于对运动的描述,它们都是高中物理课的重要内容。每位高中生对这些内容都很熟悉。

在后来,物理课开始讲到运动与力的关系。

学生会学到:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。等等。

——好,你看出什么问题没有?

在之前的“运动的描述”一章里,课本反复强调,运动是相对的,从不同的参考系看来,同一个物体的运动会完全不同。

课本还强调:(所以)当说一个物体如何运动时,一定要指明所用的参考系。不指明参考系而谈运动,是没有意义的。

这些说法,大家一定很熟悉吧?

可是,怎么在介绍运动与力的关系时,当说到物体的“匀速直线运动状态或静止状态”时,却忘了向我们指明所用的参考系了呢?

在一个醉汉看来,楼房在左右摇晃。有什么巨大的力量在摇晃楼房吗?

急刹车的时候,车上一直静止的水杯(以汽车为参考系),突然从座位上冲了出去。谁把它向前推出去了吗?

所以,你看,牛顿第一定律并不是在任何参考系中都成立。

好像只在一些特殊的参考系中,牛顿第一定律(以及牛顿第二定律)才成立。

那是哪些参考系呢?有些高中物理课本,对这个重要的问题,闭口不提。

它们只是在“运动的描述”那里,对运动的相对性与参考系很强调。一到研究运动与力的关系时,就完全不提参考系的问题了。

找出你的课本,看它是怎么讲的。

注意到这个问题以后,我们就可看出下面这段话写得有多好了。这段话出现在动力学(相当于有些高中课本中的“运动与力的关系”)这部分的第一段。

“动力学所研究的问题:在前一章中,我们没有考虑物体所做运动的原因。现在我们来分析这些原因。力学中研究这些问题的分支,叫做动力学

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