牛顿三大定律运用观察法进行定性实验：

取一根长约15厘米两端开口的细玻璃管，管的直径约3毫米(能使火柴进出)。用两根火柴装入管中，使火柴头在管的中间互相接触，然后放平。用酒精灯对准火柴头加热、不久因玻璃管受热升温。火柴头达到着火点迅速燃烧，气体相互压迫，两根火柴杆从两管的开口处同时飞出，并观察到继续燃烧。

由两火柴头飞出的路程大致相等，可说明物体间的作用力是相互的。此即直观地验证了牛顿第三运动定律。(牛顿运动定律的验证性实验有多种，本节仅挑选几种重要或典型的实验作为示例。随着现代的实验设施的利用，原来的实验方法将有所改进或补充。 )

牛顿三大定律适用条件

牛顿运动定律基于牛顿力学的基本假设：①空间是绝对的，可以认为是数学上的抽象空间，和空间内的填充物质无关;②时间是连续的、均匀流逝的、无穷无尽的;③时间和空间无关;④时间和运动状态无关;⑤物体的质量和物体的运动状态无关。广义相对论在第一条假设上有突破，狭义相对论突破了第三、四、五条假设。

因此：牛顿运动定律只适用于质点，牛顿运动定律中所指的物体为质点。对质点系，运用牛顿运动定律中的第二定律时一般采用隔离法，或者采用质点系牛顿第二运动定律。 对于作用力非恒力的情形，如时间、速度或位置相关性的力，应用积分等方法，牛顿运动定律亦可使用。

牛顿运动定律只适用于惯性参考系。孤立质点相对它静止或做匀速直线运动的参考系为惯性参考系。 在非惯性参考系中牛顿运动定律不适用，因为不受外力的物体在该参考系中也可能具有加速度，与牛顿第一运动定律相悖;只有在惯性参考系中牛顿运动定律才适用。

但通过惯性力的引入可以使牛顿运动定律中的第二定律的表示形式在非惯性系中适用，即使用力学方程 求解力学问题，式中 为在惯性系中测得的物体受的合力， 为在非惯性系中测得的惯性力( 为非惯性系统的加速度)。

牛顿环

牛顿运动定律只适用宏观问题。当考察的物体的运动线度可以和该物体的德布罗意波相比拟时，由粒子运动不确定性关系式可知，该物体的动量和位置已不能同时准确获知，故牛顿动力学方程缺少准确的初始条件而无法求解，即经典的描述方法由于粒子运动不确定性关系式已经失效或者需要修改。

对于一个作用量接近或小于普朗克常量 的微观粒子(亦或是一个线度接近或小于原子线度 的物体)，必须使用量子力学。 量子力学用希尔伯特空间中的态矢概念代替位置和动量(或速度)的概念来描述物体的状态(即波函数)，用薛定谔方程代替牛顿动力学方程(即含有力场具体形式的牛顿第二运动定律)。

用态矢量代替位置和动量的原因是由测不准原理而同时知道位置和动量的准确信息，但是可以知道位置和动量的概率分布;测不准原理对测量精度的限制就在于两者的概率分布上有一个确定的关系。牛顿运动定律只适用低速问题。

若物体的速度 与光速 接近时，必须使用狭义相对论。牛顿运动定律对于伽利略变换是协变的，但对于洛伦兹变换不是协变的，因此其不能和狭义相对论相容。当物体做高速移动时，需要修改力、速度等力学变量的定义，使动力学方程能够满足洛伦兹协变的要求，在物理预言上也会随速度接近光速而与经典力学有不同。

牛顿运动定律具有内在随机性。其包含的“不确定行为”远多于由它所给出的“确定行为”，特别是在保守系统及耗散系统中。(牛顿运动定律中的三条定律各自独立，各自存在适用范围。各条定律不同表述的细微变化也会产生各自适用范围的改变。 )

牛顿的故事

牛顿三大定律发展简史

公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特(Leucippus，公元前500—公元前440)、伊壁鸠鲁(Epicurus，公元前341—公元前270)认为：“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与他们碰撞时，它们一定以相等的速度运动。”这只是猜测或推想的结果。

公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle，公元前384—公元前322)指出：静止是物体的自然状态，如果没有作用力就没有运动(力是维持物体运动的原因)。该观点遗失了“力能使物体停止运动，也能使物体开始运动”这一关键点，故错误。 但他第一次提出了力与运动间存在关系，为力学发展做出了一定贡献。

6世纪， 希腊学者菲洛彭诺斯(J.Philoponus)对亚里士多德的运动学说持批判态度。他认为抛体本身具有某种动力，推动物体前进，直到耗尽才趋于停止，这种看法后来发展为14世纪的“冲力理论”。

14世纪，法国哲学家布里丹(Jean Buridan，1295—1358?)、阿尔伯特、尼克尔·奥里斯姆(Nicole Oresme，1320?—1382)等人提出“冲力理论”，他们认为：“推动者在推动一物体运动时，便对它施加某种冲力或某种动力，速度越大，冲力越大，冲力耗尽时，物体停止下来。”

这一理论为意大利物理学家伽利略·伽利雷(Galileo Galilei，1564—1642)和英国物理学家艾萨克·牛顿(Isaac Newton，1643—1727)开辟了道路。17世纪，伽利略在其的著作中多次提出类似于惯性原理的说法。

他分别于1632年和1638年，在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于力学和位置运动的两门新科学的对话》中记录了理想斜面实验(一小球沿倾斜平台滚向水平面，表面越光滑小球滚得越远)。

并推理“如有一足够长而绝对光滑的表面，将没有东西(摩擦力)能阻碍小球运动，所以小球一直继续运动或者直到有东西(外力)阻碍它”，从而得到结论：“物体在自然状态下会维持原有运动而非趋于停止”。

该结论打破了自亚里士多德以来约一千三百年间“力是维持物体运动的原因”的陈旧观念，但仍未摆脱其影响。该结论很接近惯性定律(牛顿第一运动定律又称惯性定律，其首先是由伽利略发现的)。

1644年，法国物理学家勒内·笛卡尔(Rene Descartes，1596—1650)在《哲学原理》中弥补了伽利略的不足。他明确地指出，除非物体受到外因的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，并且还特地声明，惯性运动的物体永远不会使自己趋向曲线运动，而只保持在直线上运动。

他把这条基本原理表述为两条定律：①每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止;②所有的运动，其本身都是沿直线的。然而笛卡儿没有建立起他试图建立的那种能演绎出各种自然现象的体系。

不过他的思想对牛顿对此类定律之后的总结产生了一定的影响。笛卡儿的最大贡献在于他第一个认识到：力是改变物体运动状态的原因。1662年，伽利略指出：“以任何速度运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可以保持不变。”

笛卡尔也认为：“在没有外加作用时，粒子或者匀速运动，或者静止。”牛顿把这一假定作为牛顿第一运动定律，并将伽利略的思想进一步推广到有力作用的场合，提出了牛顿第二运动定律。

1664年，牛顿受到对碰撞问题研究较早的笛卡尔的影响，也开始研究二个球形非弹性刚体的碰撞问题。1665—1666年，牛顿又研究了二个球形刚体的碰撞问题。他没有把注意力集中在动量和动量守恒方面，而是把集中在物体之间的相互作用上。

对于两刚体的碰撞，他提出：“在它们向彼此运动的时间中(就是它们相碰的瞬间)，它们的压力处于最大值，……它们的整个运动是被此一瞬间彼此之间的压力所阻止，……只要这两个物体都不互相屈服，它们之间将会持有同样猛烈的压力，……它们将会像以前弹回之前彼此趋近那样多的运动相互离开。”

1668—1669年，荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens，1629—1695)、沃里斯(willis)和英国物理学家克里斯托弗·雷恩(Christopher Wren，1632—1723)分别对碰撞问题也做了很多研究，并得出了一些重要的结论。

其中，惠更斯的工作比较突出，他证明了两硬体在碰撞过程中同一方向的动量保持不变，纠正了笛卡尔不考虑动量具有方向性的错误，而且首次提出碰撞前后的动量守恒。牛顿在正式提出牛顿第三运动定律时，肯定了他们的工作，同时也指出了他们的局限性。

牛顿认为：“雷恩和惠更斯的理论以绝对硬的物体为前提，而用理想弹性体可以得到更肯定的结果，并且用非理想弹性体，如压紧的木球、钢球和玻璃球做实验，消除误差后结果是一致的。”

1673年，法国物理学家马里奥特(EdmeMarotte，1620—1684)用两个单摆做碰撞实验，巧妙地测出了碰撞前后的瞬时速度。牛顿也重复做了此实验，他进一步讨论了空气阻力的影响及改进办法，并对结果进行了修正。

1684年8月起，在英国物理学家埃德蒙多·哈雷(EdmondHalley，1656—1742)的劝说下，牛顿开始写作《自然哲学的数学原理》，系统地整理手稿，重新考虑部分问题。1685年11月，形成了两卷专著。

1687年7月5日，《原理》使用拉丁文出版。《原理》的绪论部分中的运动的公理或定律一节中提出了牛顿运动定律，摆脱了旧观念的束缚。1713年，《原理》出第2版;1725年，出第3版。

19世纪后半期，德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff，1824—1887)、奥地利及捷克物理学家恩斯特·马赫(Ernst Mach，1838—1916)、美国物理学家埃森布德(L. Eisenbud)、美国物理学家奥斯顿(N. Austern)等人对牛顿运动定律的表述均有论述，并提出自己的修正意见。

其中，马赫在《发展中的力学》中，对牛顿运动定律做了比较全面的考察和分析整理;埃森布德在《关于经验的运动定律》中、奥斯顿在《牛顿力学的表述》中，也提出了相似的新表述。但这些修正意见中有一部分受到质疑，质疑者包括瑞士及美国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein，1879—1955)等。

1905年以来，爱因斯坦的相对论推翻了牛顿建立的大部分科学体系。爱因斯坦指出，牛顿运动定律在超出经典力学范围或质点、惯性参考系以及宏观、低速运动问题等适用条件时，不再成立。该部分内容已超出对牛顿运动定律发展简史的讨论范围，后续发展可参阅狭义相对论、广义相对论等词条。

1牛顿等于多少千克

牛顿三大定律应用领域

牛顿运动定律在物理学等学科领域上，应用广泛：牛顿运动定律可求解动力学问题。物体的受力情况已知求解运动状态，或是运动状态已知求解受力情况，均是对受力情况、加速度、运动状态三个条件(结论)依次转化，两类问题的求解思路相同。

基本分为以下三步：①确定研究对象，进行受力分析或运动状态变化情况分析;②建立合适坐标系，列牛顿运动定律方程，适当补列其它方程;③解方程并讨论。除动力学领域外，牛顿运动定律在物理学其他分支学科上亦有应用。

在流体力学中，牛顿运动定律较功能原理，推导理想流体的气体沿水平方向运动或不计单位体积质量气体的势能时遵循的伯努利方程 ， 更直观易懂。 对于密度为 的小体元，设其受到的体积力密度为 ，压强梯度力为 ，则牛顿第二运动定律在流体力学中有特殊表达形式 。

(式中 为梯度算符 。也可能记作 ，此时 表示 方向压强的改变。)另外，基于通过对应力与应变线性定律进行修正而得到的唯象模型得到的非牛顿流体的本构方程。可基于牛顿运动定律建立动能质气扩散输运的动量平衡方程得到，即适用于非牛顿流动的普适动量输运定律。

该方式还可阐明一些非牛顿流动现象的本质是来自能质运动过程中的惯性。在电磁感应中电容负载平行导轨模型中，接不同负载其上的导体棒将有不同的运动形式。

接容抗时对电容器充电，其中导体棒只要有电流，则始终受安培力，可以针对具体物理过程灵活运用牛顿运动定律及同一直线矢量合成方法确定杆的运动状态。

牛顿运动定律在日常生活和生产实践上，亦有众多应用和帮助：在机械制造领域中，牛顿运动定律能帮助研发安全且高效的机械结构或产品。根据牛顿第二运动定律推得的法向压强梯度表达式，能更好地解释机翼举力 ;根据牛顿第三运动定律导出的在运动时 。

可设计出“空吸(卷吸)作用”原理设计的尾喷管 。上述两种研究成果可广泛用于指导飞机、火箭和车辆等运动机械的制造设计，对于提高它们的推进效率都会大有帮助。在信息社会学领域中，借鉴牛顿运动定律的思想方法，可完成信息社会学有关概念的衍生与定理的变通，获得的新规律可指导图书情报工作的现状与趋势。

在心理健康教育领域中，牛顿的三条运动定律可分别对应“立志”、“修身”和“崇尚仁爱”三个教育环节。在牛顿力学中，三定律既相互独立，又有体系内的一致性、完整性和相容性;在教育学中，这三个环节相辅相成、和谐统一。这对引导高校理工科学生重塑、优化和调整心理品质、状态，有着积极的启示作用。

在金融领域中，牛顿运动定律也可用来解释和预测金融发展动向。如在股票市场投资中，就有三条与牛顿运动定律一一对应的定律：①除有外因，股价维持原有变化趋势;②股价增速依市场，成比例地正向变化;③每位买家都是卖主。该预测与数据比较基本准确。

在动画制作领域中，由于牛顿运动定律表明力的作用是造成一切运动的根本原因，而动画是让画面运动的影视艺术，故牛顿运动定律在动画艺术中占有重要的位置，是动画中必不可少的研究对象。如在银幕上表现出物体的重量感，完全取决于其受力运动时动画的间隔距离，而不在动画稿本身的美观和逼真程度。这需要合理借助牛顿运动定律，能增强动画真实感。

牛顿三大定律定律影响

牛顿运动定律是力学中重要的定律，是研究经典力学甚至物理学的基础，阐述了经典力学中基本的运动规律。该定律的适用范围为由牛顿第一运动定律所给出惯性参考系，并使人们对物理问题的研究和物理量的测量有意义。

牛顿运动定律批驳了延续两千多年的亚里士多德等人关于力的概念的错误观点，为确立正确的力的概念奠定了基础。该定律最早科学地给出了惯性质量、力等经典力学中的几个基本概念的定性定义，为由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系原理奠定了概念基础。

牛顿运动定律中的第一定律是其它原理的前提和基础，奠定了经典力学的概念基础，从而使它处于理论系统中第一个原理的前提地位。第二定律和动量定理、功能原理等，确定了物体运动状态的变化与外界作用的关系。

第三定律和动量守恒定律等，将有关物体的运动关联起来;和万有引力定律，开创了天体力学，使人们第一次对日、月、星辰的运行规律有了准确的了解;给出了对自然力的普遍陈述，揭示了两物体相互作用的规律，为解决力学问题、转换研究对象提供了理论基础。