试论牛顿运动定律的独立性和一致性

李文林

【摘要】在物理学的学习过程中，我们都会学习到牛顿运动定律，牛顿运动定律的运用不仅可以帮助我们解决很多基础问题，还是我们在物理学深造过程中的重要基础。在应用的过程中我们发现：牛顿运动定律不仅具有一定的独立性而且还具有一定程度上的一致性。本文以此为出发点，对牛顿运动定律的独立性和一致性进行分析。

【关键词】牛顿运动定律 独立性 一致性

【中图分类号】O301 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）11-0190-02

引言

牛顿运动定律在物理学中经过几百年的运用，不仅被证明是正确的，还被扩展到了很多的领域。但在应用的过程中我们也发现了一个问题，牛顿运动定律所表述的内容和其相容性是不同的，因而对牛顿运动定律的独立性和一致性进行探讨有着重要的意义。

一、牛顿运动定律的独立性

1.牛顿第一运动定律

牛顿第一运动定律是说：无论什么物体，在受到改变它运动状态的外力之前，它将一直保持着匀速直线运动或者静止的状态。从该定律的表述中我们可以看出物体的运动是在时间和空间中同时进行的，因而牛顿第一运动定律的分析需要借助参考系，通常来说是借助惯性参考系。牛顿第一运动定律中指出任何物体在受到外力之前都是保持匀速直线运动或静止的即任何物体都具有惯性，是惯性使得物体保持它的运动状态不发生变化，因而我们也可以说牛顿第一定律建立了惯性的概念。

此外，牛顿第一运动定律描述的是物体在不受力状态下的运动，因而牛顿第一运动定律中的状态是不存在的，即使是实验室也只能是无限接近这种状态，但通过假想以及间接推理证明了牛顿第一运动定律的正确性。

在牛顿第一运动定律中阐述了力的概念，证实了力是物体运动状态改变的原因，这只能说牛顿第一运动定律是牛顿第二运动定律的基础，对力和运动的关系进行了表述；但牛顿第一运动定律指的是没有受到任何外力而不是牛顿第二定律中所表述的外力之和为零的情况，因而牛顿第一运动定律相对牛顿第二、第三运动定律来说是独立的。

2.牛顿第二运动定律

牛顿第二运动定律是说：任何物体的加速度和它自身的质量都成反比，和它所受到的外力成正比，而且加速度的方向和外力的方向是相同的。通过对牛顿第二运动定律的表述进行分析我们可以得出：牛顿第二定律阐述的是力、加速度以及质量三者之间的关系。它揭示了物体惯性的本质：惯性的大小与物体的质量成正比，而物体的质量也是维持物体惯性运动的基础；揭示了加速度的产生原因：物体受力改变运动状态，对物体施加外力物体将产生加速度，加速度产生的难易程度取决于物体的质量。

牛顿第二运动定律还具有瞬时性：物体受到外力的瞬间即产生相应的加速度，外力如何改变，加速度也将如何改变；矢量性：矢量即既有大小又有方向的量，物体受到外力作用后产生的加速度不仅有大小还有方向；相对性：加速度作为一个物理常量，因而在描述加速度的过程中需要借助一定的参考系。

牛顿第二运动定律中包含了对惯性以及加速度的全面描述，阐述了加速度与外力的关系，因而从本质上来说，牛顿第二运动定律表达的内容和牛顿第一、第三运动定律表达的内容是不同的，因而牛顿第二运动定律有一定的独立性。

3.牛顿第三运动定律

牛顿第三运动定律是说：任何两个相互作用的物体，它们之间的作用力和反作用力是大小相等、方向相反的，而且作用力作用在同一条直线上。通过牛顿第三运动定律的表述我们可以得出：该定律描述的是两个物体之间的力学关系，该关系与物体的运动无关，因而它与牛顿第一运动定律有所区别；同时它研究的是作用在两个物体上的力，也不能进行相互求和，因而与牛顿第二运动定律也有着一定的区别，即牛顿第三运动定律是独立的。

二、牛顿运动定律的一致性

笔者认为，牛顿运动定律的一致性主要表现在四个方面：一是牛顿三大运动定律的应用都需要建立在惯性参考系的基础之上，因而可以说牛顿运动定律间是相容的；二是牛顿三大运动定律都引入了力的概念，都是物体和力之间的关系；三是借助牛顿运动定律求解问题的过程中，三条运动定律大都需要同时运用；四是牛顿运动定律是在实践的基础上总结出来的定律，在后来几百年的应用中证实这三大定律都适用于宏观低速范围，而且在使用的过程中始终保持着理论体系的一致性。

结束语

通过上文的分析，对牛顿运动定律的内容以及特点进行了详解，论证了牛顿运动定律的独立性，并对牛顿运动定律的一致性进行了总结。因而我们可以说牛顿运动定律既具有獨立性又具有一致性。

参考文献：

[1]姜校林.论接触体间牛顿第三定律的可演绎性[J].物理通报，2010（5）.

[2]关堰.牛顿第一定律的基础性和独立性[J].物理通报，1992（8）：12-13.

[3]舒仲周.关于经典力学的公理体系[J].力学与实践，1992（6）.