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牛顿三大定律是什么?牛顿三大定律是哪三大定律?

时间:2017-04-07 作者:xiaoxiao 浏览:   手机版

牛顿三大定律是什么?牛顿运动定律中的各定律互相独立,且内在逻辑符合自洽一致性。其适用范围是经典力学范围,适用条件是质点、惯性参考系以及宏观、低速运动问题。牛顿运动定律阐释了牛顿力学的完整体系,阐述了经典力学中基本的运动规律,在各领域上应用广泛。下面小编为大家介绍牛顿三大定律是哪三大定律?

牛顿三大定律是什么?

牛顿运动定律包括牛顿第一运动定律、牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律三条定律,由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中总结提出。

其中,第一定律说明了力的含义:力是改变物体运动状态的原因;第二定律指出了力的作用效果:力使物体获得加速度;第三定律揭示出力的本质:力是物体间的相互作用。

牛顿运动定律中的各定律互相独立,且内在逻辑符合自洽一致性。其适用范围是经典力学范围,适用条件是质点、惯性参考系以及宏观、低速运动问题。

牛顿运动定律阐释了牛顿力学的完整体系,阐述了经典力学中基本的运动规律,在各领域上应用广泛。

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非牛顿流体

牛顿三大定律是哪三大定律?

牛顿第一运动定律:孤立质点保持静止或做匀速直线运动;用公式表达为: ,式中 为合力, 为速度, 为时间。

牛顿第二运动定律:动量为 的质点,在外力 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;用公式表达为: 根据动量的定义 。

若质点的质量不随时间变化(即 ),则质点运动的加速度的大小同作用在该质点上的外力的大小成正比,加速度的方向和外力的方向相同。

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;用公式表达为: (式中 表示质点2受到的质点1的作用力, 表示质点1受到的质点2的反作用力)。

(艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》中,对该定律的原始表述与上述表述几乎完全一致;书中还给出了基于以上定律的六条推论。牛顿运动定律的分量形式及在如自然坐标系等其它坐标系下的形式详见各子词条。 该定律在各版本教材中被引用时,其形式亦可能被改变。)

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牛顿第二定律

牛顿三大定律特点

牛顿运动定律中的各定律互相独立:牛顿第一运动定律为后续定律准备了概念并定性阐明了力和运动的关系。特别地,第一定律中所述的“物体不受外力作用时的运动状态”和第二定律中的物体所受外力矢量和为零(合力为零)这一运动状态不同。

不能把第一定律当成第二定律在 时的特殊情况,因为 肯定导出加速度 ,但 的运动只能由第一定律本身彻底阐明其为惯性运动(静止或匀速直线运动)。第一定律是完全独立的基本定律,用其解决的问题,别的任何规律都无法解决,第二、第三定律根本不能取代第一定律。

牛顿第二运动定律引入了惯性质量,全面完整地刻画了物体因受力作用而产生加速度,以及加速度与外力及质量的定量关系,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。

牛顿第三运动定律不能由第二定律推演得出,第二定律也代替不了第三定律,第一定律更不能取代第三定律;第三定律也是在非基于伽利略先前提出的观点的基础上,牛顿所提出的一条定律。第三定律的正确性要靠大量实践来检验。

第三定律其实是用力的语言表达的动量守恒定律,而动量守恒定律是自然界中普遍成立的少量几条基本物理规律之一,动量守恒在任何物理领域中均成立(计及电磁场的动量后,运动电子与电磁场的动量也守恒)。

牛顿运动定律的内在逻辑符合自洽一致性,即三定律顺承逻辑相容构成有机整体:牛顿运动定律在研究对象上呈递进关系。第一、第二定律只研究单一物体(可以只有一个物体,也可以从众多物体中隔离出一个物体来作为研究对象)。

解决其不受力或受很多力作用后的运动问题;第三定律扩展了研究对象,至少研究是两个物体之间的相互作用,这种相互作用制约或影响了研究对象或研究对象以外的其它物体的运动。

只有把第一、第二和第三定律有机结合才能解决全部的复杂动力学问题,由质点的动力学出发去解决质点系、刚体、流体、振动、波动等的力学问题。

牛顿运动定律都只在第一定律确定的惯性参考系成立。牛顿的绝对时空观中的惯性系虽然存在逻辑循环(或称逻辑同一)之难,但是在动力学的力的语言表达中是理论体系必不可少的。一切动力学问题确定了惯性系便能解决。

由于任何科学都不可能做到绝对真理,力学也是一门近似程度比较高的科学,绝对的惯性系不存在,但近似的惯性系是始终存在。牛顿运动定律只在惯性系中适用,说明了三定律的一致性。

第一定律引入力的概念和阐明惯性属性,定性揭示力和运动的关系,为第二定律打下基础、准备必要的概念;第三定律进一步给出作用力的性质,揭示物体运动的相互制约机制。三定律结合,全面解决了任意物体在受复杂的外力作用后的运动问题。

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,由它们出发推论而出的动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、动量矩定理、角动量守恒定律,进一步证实了动力学公理化体系相容性和一致性。

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牛顿第一定律

牛顿运动定律主要的理论推导或实验验证方法:

牛顿第一运动定律:伽利略的理想斜面实验,牛顿第一运动定律存在逻辑同一之循环论证 ,可通过理想实验对该定律进行理论推导 。现实中,当球沿斜面向下滚时速度增大,上滚时则减小。由此可知,球沿水平面滚动时,速度应不变。

但事实上由于存在摩擦阻力,球速会越来越慢直至最后停下,且表面越光滑球便会滚得越远。由此可知,若没有摩擦阻力,球将永远滚下去。若球沿一个光滑斜面从静止状态开始下滚,小球将滚上另一个斜面达到与原来的高度然后再下滚;

减小斜面倾角后,小球在另一个斜面上仍达到同一高度但滚得远些。由此可知,斜面平放时,球将永远滚下去。此即,力不是维持物体的运动(速度)的原因。一旦物体具有某一速度且不受外力,就将保持这一速度匀速直线地运动下去。

牛顿第二运动定律:

用打点计时器验证,研究系统的加速度与系统的质量和拉力间的关系时,将打点计时器固定在木板的一端,把砝码和小车栓在细线的两端,细线跨过滑轮,砝码的重量作为拉力,让拖着纸带的小车在平直的平面上运动,则小车及其上的砝码、线的另一端栓着的钩码组成一个运动系统。

每次实验均须在纸带上注明拉力和系统的质量。为了抵消摩擦力,通常采取如右图所示的两种方法:倾斜滑动法、水平拉线法。在气垫导轨上验证:将气垫导轨调平后(由于导轨都存在一定的弯曲,滑块与导轨间存在阻力,所以调平在实验中一般用滑块通过两个光电门时的速度相等来衡量),测出粘性阻尼常数b。

为了修正粘滞性摩擦阻力的存在所引起的速度损失,必须解决对粘滞性阻尼常数的测定。为了消除粘滞性阻尼,通常采取以下两种方法:倾斜导轨法、振动法。

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牛顿第三定律

牛顿三大定律用非线性回归法验证:

即使是在气垫导轨上验证牛顿第二运动定律,也会有空气阻力作为主要影响因素影响实验测量精度。这需要尝试通过修正,其将影响减小到可忽略的程度。但常采用的一元线性回归法,不足以说明整个回归方程的好坏;二元线性回归法也同样存在一定的问题。

用非线性回归法验证定律,首先对质点运动的动力学模型进行线性化处理,得到模型的参数线性估计值,并以其作为非线性模型的初值对动力学模型进行非线性回归分析。非线性回归法验证了定律的正确性,改进了验证定律的传统实验方法,具有一定的应用和推广价值。

此外,验证牛顿第二运动定律还有基于LabVIEW的教学平台 、基于无线模块和Visual Basic的仿真演示实验设计 、基于光电传感器的实验装置等。

牛顿第三运动定律运用传感器进行定量实验:

使用两个力传感器并保持两个传感器在同一平面上,让两个传感器的测力钩相互钩住或相抵。通过数据采集软件,分别得到两条力-时间图线,如右图1和图 2所示;同时得到该时间段的作用力和反作用力随时间变化的实时数据。

通过观察可以看出作用力和反作用力与时间的对应关系:任意时刻,这两个力的大小基本一致。这表示这两个力的大小相等。这种实验方案,不仅适用于量化水平面上的相互作用力。而且适用于量化竖直平面或与竖直方向成任意角度的同一平面上的相互作用力。

只要和两个力处于同一平面。就可以精确模拟作用力与反作用力,体现了两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,作用在同一直线上,更加直观有效地突出牛顿第三运动定律的普适性。

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