牛顿第一定律

1、 牛顿第一定律的定义

牛顿第一运动定律，简称牛顿第一定律。

它的内容是: 任何物体在不受任何外力的时候，其总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。

2、物体运动的本质规律

牛顿第一定律主要是从天文观察中，间接推导而来，是抽象概括的结论，不能单纯按字面定义而用实验直接验证。

和实际情况较接近的说法是：

任何物体在所受外力的合力为零时，都保持原有的运动状态不变。即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。

牛顿第一定律，以其深邃的内涵和广泛的适用性，成为了物理学大厦的基石之一，它揭示了物体运动的本质规律。

3、理解定律

牛顿第一定律，这一经典力学的基本原理，不仅揭示了物体运动的本质规律，也为我们探索自然界的奥秘提供了坚实的理论基础。

1）牛顿第一定理，又可以称为惯性定理，即物体在不受外力的作用下，总保持匀速直线运动或静止状态， 例子，杯子口上放一张白纸，纸上放一块糖，迅速抽出白纸，糖落入杯中，没有随着白纸滑动。这就是糖保持静止的惯性。

2）不受外力可以理解为不受任何力的作用(几乎不存在这样的情况)或合力为零(所有的力互相低效)；

3）匀速直线运动，速度大小和方向时刻不变，运动是直线，这是最简单的运动方式；

4）静止可以理解为相对于大地位置不变(以大地为参考系)。

该定律还体现了自然界中的守恒原则。在没有外力干扰的情况下，物体的动量和能量将保持不变，这一守恒性不仅是物理学中的核心观念，也是宇宙万物运行的基本法则。

4 、牛顿第一定律的内涵

（1）力概念的科学定义

牛顿在表述他的第一定律前的定义中明确提出：力是对物体的作用，使物体改变静止或匀速直线运动状态。这就对力概念给出了定性的、科学的定义。

其要点之一是力的起源：力是物体对物体的作用（牛顿第三定律进一步揭示物体间力的相互作用性质的规律）。力存在于这种作用过程之中。

其要点之二是力作用的效果：是使受力物体的运动状态发生变化，即产生加速度。这是牛顿在运动定律研究方面，超过伽利略的原因之一，就在于他科学地定义了力这个重要概念。它使原来关于推、拉这种关于力的模糊认识上升到科学概念，从而大大拓宽了人们对力的认识，拓宽了力的范围。使人们根据上述的两个要点，去认识更大范畴内的作用力，包括引力，电磁力等等。

（2）惯性概念的确立

第一定律表明：在不受外力作用的情况下，每一个物体都具有保持静止或沿一直线作等速运动状态的属性，这就是惯性。      

牛顿在陈述第一定律前的定义中，明确定义了“惯性”这一概念，他指出：“惯性是一种起抵抗作用的能力，它存在于每一物体当中，”这种抵抗作用的能力，“使之保持其现有状态，或者静止，或是匀速直线运动。”显然，这里所说的起抵抗作用的能力，是指对外界改变物体运动状态的作用的抵抗能力。所以惯性被认为是物体固有的属性，不论物体是否受力都具有的性质。当物体没有受外力作用时，静者恒静，动者恒作匀速直线运动，是物体惯性的表现；当物体受到外力作用时，物体的惯性表现于对外界作用的“抵抗性”（此即牛顿所说“抵抗能力”的含义）。这种“抵抗性”在牛顿第二定律中将得到进一步的定量的阐明。但很少有人去思考惯性和引力之间的关系和作用。

（3）惯性系参考系

惯性系参考系是判断动、静，描述物体运动的依据，人们可以任意选定一个参考系来对自己感兴趣的物体运动进行描述。

对任一物体，不管它是否受力，都可以找到一个参考系，在此参考系中，该物体是静止的或作匀速直线运动的。

离开参考系谈惯性定律是毫无意义的。牛顿第一定律把“不受其它物体作用力”作为“物体继续保持静止或匀速直线运动”的条件，就界定了牛顿力学适用于一类特殊的参考系，这类特殊的参考系就是不受力作用的物体在其中静止或作匀速直线运动的参考系，称为惯性系。

牛顿第一定律正是通过不受外界作用的物体的运动状态来定义惯性参考系，从而使它成为整个力学甚至物理学的出发点。

因此包含三层含义的牛顿第一定律第一个任务就是揭示了一切物体都具有的这种属性，“一切物体在不受外力的情况下都会保持静止或者匀速直线运动状态”。

5 、思考

游乐设施的加速度是惯性参考系下的加速度，还是非惯性系的加速度？游乐设施的加速度是“运行加速度”还是“惯性加速度”？

问题的答案在本公众号发表的另一篇文章“TSG71-2023《大型游乐设施安全技术规程》-设计（9）”，可查阅。