牛顿第一定律的应用分析

周树名

【摘要】牛顿第一定律也就是我们所知道的惯性定律，惯性定律提出了一个重要的物理概念“惯性”。惯性是质点间相互作用的结果，而不是物体本身和外界无关的属性。牛顿运动定律的一大成就就是将机械运动的参考系分为非惯性系和惯性系两大体系。在非惯性系之中，对惯性力的引用，仍然可以对这些机械运动给予很大的指导作用。本文首先对牛顿第一定律的概况做了介绍，然后对于牛顿第一定律的应用，尤其是其应用的局限性做了详尽分析。

【关键词】惯性定律 实质 应用分析

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0235-01

在十九世纪末，经典力学的影响已经波及到了世界任何角落，以至于很多物理学家都认为物理学的原理已经研究透彻，物理学的体系已经很完善。但是，在接下来的几十年里，和物理相关的电磁理论、原子理论以及放射性等理论的逐步出现，使得人们又开始怀疑自己之前所熟悉的经典力学理论。新旧理论之间产生了巨大冲突。物理学家对于冲突的解决，衍生出来20世纪近代物理学的两大理论的形成，即量子力学和相对论。新的理论并没有否定经典力学的指导作用，而对于其应用的范围开始有了界定。这便是牛顿第一定律的局限性。

1.牛顿第一定律的概况

英国科学家牛顿在经过长期的研究之后于1687年在他的书《自然哲学的教学原理》中提出了一套完善的关于经典力学的科学体系。这套伟大的理论对于物体不受力时的状态做了详尽描述：静止或匀速直线运动。当然牛顿第一定律中关于其运用最多，影响最广泛的就是其惯性定律。惯性的大小仅取决于其自身质量。惯性在生活以及科学研究中不可避免，牛顿对它的解释为我们的生活和科学研究提供了正确的理论指导。

2.牛顿第一定律应用的局限性分析

牛顿定律的影响是深远的，不过，随着文明的进步科学的发展，以及20世纪相对论和量子力学的出现，牛顿定律的伟大地位受到了撼动，而进一步的研究发现，其应用存有一定的局限性，具体描述如下：

2.1牛顿定律的应用需要在一定速率范围内

之所以会受到限制，主要是另一套理论的影响作用，相对力学理论。它们二者结合可以解释机械运动的机理。正是由于爱因斯坦的狭义相对论的被证实，科学家们发现，物理上存在需要时间间隔传递的超距离作用。任何信息的传递都是需要时间的。时间的流失和空间间隔的测量不是绝对的，它是受到惯性系间的相对速度影响的，同样也包括物体的质量的变化，它会随着速率的不同而发生变化的。狭义相对论虽然提出了自然界不存有绝对的时空观念，但是，它提出当物体速率远远小于真空光速的时候后，牛顿的经典力学理论依然可以对物体的运动做出十分精准的解释。在日常生活之中，绝大多数的运动都是低速的，所以，牛顿第一定律在日常生活中还是有很大的应用的。若物体的运动接近光速的时候，牛顿第一定律就无法做出准确解释了，这时就需要借助相对力学理论进行解释，这也就是牛顿第一定律应用的局限性体现之处。

2.2牛顿第一定律对于量子现象解释的局限性

20世纪初，随着人们对于黑体辐射和光电效应以及源自稳定性的研究的逐步开展，科学家们便发现很多研究现象和经典物理学结论是相违背的。经典物理学的理论基础恰恰是牛顿研究的力学理论。经典物理学对于物体微观结构的稳定性和能量变化的不连续性的研究出现了瓶颈。薛丁格和海森堡的量子力学理论对该现象做出了比较合理的解释。同经典力学发生违背的现象：经典力学中认为粒子性和波动性是两个不同的物理性质，而量子现象中实物粒子同时表现出了粒子性和波动性，只不过两种性质在不同条件下反应的程度不同，但是，它们是同时表现的。还有，量子力学中粒子的能量和角动量的值只能是某个量值的整数倍，出现了数值取立的相对独立性，但是，经典物理学中认为其取值是连续的。还有就是，经典力学理论认为粒子具有确定的坐标和位置，同时可以确定其动量，因此便可以确定其运动轨迹，但是，在量子力学研究中发现，速度和坐标是不能够同时确定的，只能确定大概的区域，从而量子运动轨迹只有概率意义。虽然量子理论的研究对于经典力学的冲击是十分之大，但是，经典力学对于微观粒子的研究仍然有很强的指导意义。

2.3牛顿第一定律提出的参考系的应用

牛顿在研究物体运动的时候，提出了一个特殊的参考系，即“不受其它物体作用力”，这就是物体继续保持静止或匀速直线运动的前提条件。牛顿第一定律通过不受外界作用的物体的运动状态来定义惯性参考系，从而为整个力学和物理学的研究提供很好的基础。惯性系便是牛顿在其《原理》中所提到的“绝对空间”。按照牛顿所设想的绝对空间，宇宙是不动的中心。今天看来，这是受到否定的。但是若放在当时的历史环境背景下，牛顿既要对他所讨论的运动引入绝对空间概念，又要结合伽利略的相对性原理，提出这样的“绝对空间”的概念是很困难的，也是可以理解的。他将运动定律适用的参考体系又之前的“绝对”抽象的概念，转化为了一个有很多供选择的条件的一个体系，这也是一项很大的突破。在那样一个时代，这样的理论是思维能力和创造能力的提升的唯一通路。当然，提这样的理论为后世的研究提供了绝对有利的研究基础。

3.结论

总而言之，尽管牛顿第一定律在近代以及现代的物理学研究应用中有一定的局限性，但是，这些局限性的出现，也是建立在对牛顿定律的不断应用中所产生和获得的。因此，牛顿定律对于物理学的研究的作用是毋庸置疑的。当然，除了理论研究上的应用，惯性定律在日常生活中的应用也是很广泛的，它对于日常生活的一些现象给予了正确的解释，同时为我们的生产生活打来了极大便利。

参考文献：

[1]章鹏.非惯性参照系中的动量定理和动量守恒定律[J].重庆建筑大学学报，1994 （1）.