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在没有外力作用的情况下,静止的物体将持续保持静止,运动的物体则将持续以相同速度做直线运动,这种性质称为惯性。公交车突然启动时身体向后倾、急刹车时身体向前倾,也是因为身体倾向于维持原有的运动状态,即惯性的作用。
对物体施加力时会产生加速度,此时加速度的大小与力的大小成正比,与质量成反比。用公式表示即为F=ma(力=质量×加速度),这也解释了为什么在施加相同力的情况下,较轻的球会加速得更快,而较重的石头则相对加速较慢。
当一个物体对另一个物体施加力(作用力)时,该物体同时也会受到大小相等、方向相反的力(反作用力)。火箭因向下喷射燃料的反作用力而升空,划桨时向后拨水使船只前进,都是作用力与反作用力的例子。
艾萨克·牛顿在1687年出版的著作《自然哲学的数学原理》(通常简称《原理》)中,系统地整理并发表了这三大运动定律以及万有引力定律。这本书此后奠定了经典力学的基础,并在长达200多年的时间里成为物理学的标准理论。
汽车安全带是一种在急刹车时防止身体因惯性而继续向前运动的装置;而快速抽走桌布、桌上餐具却依然保持原位的魔术,也是因为餐具的惯性使其在极短时间内几乎不受到明显的力的作用而产生的现象。
用相同的力推购物车时,空车会迅速加速,而装满货物的重车则加速得慢得多。这正是F=ma公式的直观体现:质量越大,同样的力所产生的加速度就越小。
牛顿的三大运动定律是解释物体为何运动、如何运动的经典力学基石。从汽车的行驶到火箭的发射原理,我们身边几乎所有的运动现象,都可以在相当程度上用这三大定律加以解释。
对物体施力使其运动,本质上也是能量传递的过程。位能与动能之间是如何相互转化的,请参阅理解能量守恒定律。
没错。在F=ma中,若力(F)为0,则加速度(a)也为0,物体将保持恒定速度(包括静止状态),这正是第一定律(惯性定律)的内容。不过,牛顿特意将"没有力时运动状态依然保持"这一概念单独列为一条定律加以明确说明。
并非如此。作用力与反作用力大小相等、方向相反,但由于分别作用在两个不同的物体上,因此不会相互抵消。例如,人推墙壁时,墙壁也会以相同的力将人推开,但这两个力分别作用在墙壁和人这两个不同的物体上。