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我们每个人都很熟悉牛顿的名字,估计大部分人第一次听说他,都是因为那个被苹果砸了脑袋之后“脑洞大开”,提出万有引力的故事(如图1-15所示)。近年来,也有人说这个故事不过是杜撰而已。
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图1-15 牛顿的苹果落地
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不管牛顿和苹果的故事是真是假,让牛顿名垂青史的终究是他一生的巅峰产物——牛顿三大定律和微积分。
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牛顿三大定律也叫作牛顿运动定律,内容如下。
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(1)牛顿第一运动定律:孤立质点保持静止或做匀速直线运动。
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Fi是质点受到的各个力,都是矢量;是指合力;v是运动速度,是矢量;t是时间;是v对t求导,也就是速度的变化率。速度变化率为0,表示要么静止,要么是匀速直线运动。
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(2)牛顿第二运动定律:动量为p的质点,在外力F的作用下,其动量随时间的变化率同该质点所受的外力成正比,并与外力的方向相同。
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p和F都是矢量。我们平时应用更多的是
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两者从数学关系上的区别仅仅是“在中m不能为0”——在经典物理力学的范畴中,质量m也确实不可能为0,但是从因果关系上对“加速度a是由外力F和质量m来决定”的解释更为直观一些。
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p=mv
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所以,化简得到
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(3)牛顿第三运动定律:相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
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F12=-F21
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F12和F21都是矢量,负号仅仅表示两者方向相反,F12表示质点2受到的质点1的作用力,F21表示质点1受到的质点2的作用力。
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牛顿三大定律是我们在中学物理课上的必学内容,也是量化宏观低速物理中最为经典的力学内容。不管当初牛顿是不是因为被苹果砸了脑袋才想出了三大定律,他的研究发现终究成为后世机械、航空、制造等诸多现代化工业领域的基石,可谓功不可没。
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