牛顿三大定律及基本内涵（一口气带你搞懂牛顿三大定律）

牛顿第一定律

牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。

牛顿第一定律也叫惯性定律，它告诉我们“运动并不需要力来维持”。如果物体受到的合外力为 0，那它之前是什么速度，之后就依然是什么速度。

为什么它还有一个名字叫“惯性定律”呢？惯性在英文里跟惰性是同义词（Inertia），就是懒的意思。所以，惯性定律就是说所有的物体都很“懒”，像懒猪一样，都不愿意主动改变自己的运动状态。

如果我现在没动，那就一直不动，除非你用力推我；如果我现在有一个速度，那就一直以这个速度前进，除非有力拦着我。

喜欢科幻电影的朋友肯定对这个画面不陌生：一个宇航员在外太空不小心弄断了连接飞船的绳子，然后大家就只能眼睁睁地看着这个宇航员以一定速度飘向太空深处。因为太空中没有其他外力拦住他，所以他就只能遵守惯性定律“懒”下去，一直以同一速度飘走（虽然他是如此地不愿意）。

这也说明：没有力，宇航员照样可以运动，力的确不是维持物体运动的原因。那么，力的作用到底是什么呢？伽利略在后半句里说了：力是改变物体运动状态的原因。也就是说，虽然运动本身不需要力来维持，但是，如果想改变运动状态，比如宇航员不想飘向太空深处，想回到飞船，这就需要一个外力来拉一把。

好，知道力可以改变物体的运动状态之后，我给你一定的力，你的速度能改变多少呢？想要把这个账定量地算清楚，我们就需要牛顿第二定律。

牛顿第二定律

怎么算呢？

首先，既然力可以改变物体的速度，那首先就得找一个物理量来描述物体速度的变化。比如，汽车现在的速度是 2m/s，1s 后变成了 4m/s，那它的速度就在 1s 之内变化了（4–2）m/s=2m/s。

为什么汽车的速度会变化呢？当然是发动机的牵引力让汽车的速度发生了改变，换成马车就是马的拉力让车的速度改变了。既然速度发生了改变，那肯定就有什么力作用在它身上。

那么，力的大小跟速度的变化有什么关系呢？是力越大，速度的变化就越大吗？乍一看好像没问题。用两匹马拉车，1s 内可以让马车加速 2m/s ；如果有四匹马拉车，或许 1s 内就能让马车加速4m/s。但是，就算只有一匹马，如果时间给够，比如 60s，那马车完全有可能增加更多的速度。所以，光比速度的变化量是不公平的，还要限定时间：在一定的时间内（比如 1s）让物体的速度变化越大（也就是速度变化得越快），才能说明受到的力越大。

因此，有理由相信：合外力越大，物体的速度变化得越快。而单位时间内物体速度的变化量，正是加速度的定义。也就是说，我们用加速度这个物理量来描述物体速度变化快慢的程度。如果物体的速度不变，那它的加速度等于 0 ；如果物体的速度在 1s 内从2m/s 增加到了 4m/s，那它的加速度就是 2m/s；如果物体的速度在2s 内从 1m/s 增加到了 7m/s，那么它的加速度就应该是：

好，现在我们知道了：物体受到的合外力越大，那它的速度就变化得越快，加速度越大。

那么，还有其他影响加速度的因素吗？同样是一匹马，一个拉自行车，一个拉大卡车，你觉得它们的加速度会一样吗？很显然，物体的加速度不仅跟合外力有关，还跟质量有关：质量越大，同等合外力下获得的加速度越小，反之越大。有了这样的铺垫，牛顿第二定律就呼之欲出了。牛顿第二定律：物体的加速度 a 跟物体受到的合外力 F 成正比，跟物体的质量 m 成反比，写成公式就是 F=ma。于是，我们就引出了牛顿力学里最重要的一个公式，整个高中物理都可以说是在学习F=ma 在各种情况下的应用。

牛顿第二定律也让我们有了一个全新的视角来审视“质量”这个概念。惯性定律不是说“万物都很懒”吗？没有外力推动，一个个都不愿改变自己的运动状态。但是，虽然大家都很“懒”，可“懒”也分三六九等。有的物体是轻微的懒，轻轻一推就改变了运动状态；有的是极度的懒，用八抬大轿都抬不动。

那么，如何判断一个物体是一点点懒，还是非常懒呢？答：根据质量。因为牛顿第二定律告诉我们，一个物体的质量越大，同等外力下产生的加速度就越小，即运动状态变化得越慢，这不就是更懒的意思吗？所以，质量就成了一个衡量物体运动状态改变难易程度的物理量。质量越大，越胖，就越不想动，想想好像真的很有道理。

从这个角度，大家再来感受一下牛顿第二定律 F=ma：外力（F）想改变物体的运动状态（a），但质量（m）越大，物体越懒，越坚持自我，越难被外力（F）所改变。所以，内心越强大，就越难被外界的诱惑所改变；质量越巨大，就越难被外力的驱动所改变。

牛顿第三定律

牛顿第三定律：相互作用的两个物体作用力和反作用力大小相等，方向相反（牛顿的原话是“每一个作用都有一个相等的反作用”，并没有提到“力”。但因为我们在讨论牛顿力学，所以教材里就直接用作用力和反作用力来表述，方便理解）。这很好理解，比如我用力推一下墙，就会感觉墙也用力推了一下我，这两个力大小相等，方向相反。

来源：《什么是高中物理》

作者：长尾君

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编辑：张润昕

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