牛顿在《自然哲学的数学原理》中概括出了 三大运动定律 ,这些定律奠定了经典力学的基础,系统地描述了物体运动的基本规律。具体内容如下:
表述 :任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变这种状态为止。
核心要点 :
物体具有保持原有运动状态的性质,称为 惯性 ;
力是改变物体运动状态的原因,而非维持运动的原因;
该定律仅适用于惯性参照系。
表述 :物体的加速度与合外力成正比,与质量成反比,方向与合外力一致,即 $F=ma$。
核心要点 :
加速度与合外力存在因果关系,两者同时产生、同时消失;
公式中的质量 $m$ 称为 惯性质量 ,反映了物体抵抗加速度变化的能力;
在真空中,不同质量的物体因重力加速度相同,表现出相同的加速度变化率。
表述 :相互作用的两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,且作用在同一条直线上。
核心要点 :
力是相互的,例如推墙时墙也推人;
该定律为分析系统动力学问题提供了方法论基础。
这三大定律共同构建了经典力学的核心框架,能够解释从宏观天体运动到微观粒子行为的广泛现象。例如:
苹果落地 :第一定律说明苹果保持静止状态,第二定律解释重力产生的加速度,第三定律涉及地球对苹果的吸引力;
行星运动 :通过万有引力(牛顿第二定律的推广)和运动定律,可统一解释行星轨道。
牛顿的这些定律不仅具有理论价值,还对工程、航天等实际领域产生了深远影响。