微言校园2024年10月13日发布:解读牛顿第一运动定律——火车上垂直起跳会落回原位吗？

一是这个定律告诉我们，匀速直线运动是自然界当中所有物体天生的一种本质，或者说也可以认为是一种类似于人类的本能，也可以认为，匀速直线运动是所有物体存在的一种状态。所以说，亚力士多德的有力物体才能运动，没有力物体就不能运动，这个观点是错误的。虽然这个观点是错误的，但是不可否认，这是人类历史上第一个讲力和运动结合起来，提出思考或者提出观点的第一个人。

二是这个定律告诉我们，力只能使物体的运动状态发生改变，所谓的运动状态改变，就是指运动物体的速度的大小或者方向发生了变化，当然，这也就是加速度发生了变化。从这个方面我们又就知道了力的真正作用到底是什么？

三是这个定律也告诉我们，物理学当中不光是实验和数学的结合，也要注意逻辑推理。比如最经典的伽利略斜面实验，让小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，达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论，只是因为摩擦力，球才没能达到原来的高度。然后，他减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度就会滚得更远。于是他对斜面平放时的情况进行研究，结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。因此，一旦物体具有某一速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线地运动下去。伽利略对光滑斜面的推论是通过实验观察，并推论得到的。但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在，因为无法将摩擦力完全消除，因此理想斜面实验属于伽利略的逻辑推理部分。课件物理学是一门实验与逻辑推理，结合非常紧密的学科，在这个方面做实验做的很好的法拉第就是一个很悲哀的例子。

四是这个定律也是有一定的适用范围：牛顿第一定律只适用于惯性参考系。在质点不受外力作用时，能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系，因此只有在惯性参考系中牛顿第一运动定律才适用。为什么我们要专门强调这个事情啊？这就是告诉我们，不管什么规律，什么定律，什么定律都是在一定的条件之下才能成立的，这就是说，没有万能的方法，只有在一定规律之下的方法才叫技巧，如果是没有原则的使用技巧，那么你的能力是不会有大幅度的提高的。

五是牛顿第一定律给出了惯性系的概念，牛顿第一定律是物理学中诸多定律定理不可缺少的，是完全独立的一条重要的力学定律。又是什么意思呢？这首先告诉了我们，惯性就是物体保持匀速直线运动或者静止的性质，这就叫惯性。而它的独立性表现在：指出了任何物体都具有惯性，建立了惯性概念，力是物体之间的相互作用，力使物体的运动状态发生变化，是牛顿第二定律的基础。

六是牛顿第一定律主要说明物体不受外力作用时的运动状态。不受外力作用和物体所受外力矢量和为零不是一码事，因此不能把牛顿第一定律当成牛顿第二定律在F=0时的特殊情况。但是在中学阶段，也可以认为牛一是牛二的特殊情况，这在解题当中没有任何的区别。

由以上分析，我们可以知道许多头脑中的幻想都是美丽的肥皂泡。比如直升机起飞悬停在空中24小时，他绝对不会环绕地球一周，惯性会让直升机不会相对于地面发生移动。事实上，不止是直升机，就连空气都被地球的引力带着快速转动，水平速度与直升机一样快。但因为相对速度一样，彼此之间不会有相对运动，不然我们每时每刻都要面对呼啸而来的狂风。只有当地球突然停止自转时，我们才会切身感受到巨大的惯性。在那时，所有物体都会朝着东面飞出去，因为惯性，物体仍然具有很大的速度。这就好比车子突然刹停，车子上的东西会向前动，我们也会感受到继续向前进的趋势。所以火车上起跳还会落在起跳的位置。

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