牛頓第一定律的探索過程

梁歐娃++劉順航

牛頓第一定律，又稱慣性定律，是經(jīng)典力學的核心內(nèi)容之一，它定性地揭示了運動和力的關(guān)系：力不是維持運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，你可知道.歷史上，人類對運動和力的關(guān)系的認識經(jīng)歷了一個多么曲折、漫長的探索過程啊！

亞里士多德是開拓者

在人類歷史的長河中，運動和力如影隨形，總是和人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān).比如：馬拉車則車前進，不再拉，前進的車會停下來；人推車則車前進，不再推，前進的車會停下來……那么，運動和力之間究竟有什么關(guān)系呢？

公元前4世紀，被西方稱為“最博學的人”，古希臘最偉大的哲學家和科學家亞里士多德（圖1），最早提出了這個問題.并根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗給出了猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動.沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方，所以物體的運動需要力來維持.

這個觀點來自于實際經(jīng)驗，并且還能用實際經(jīng)驗進行驗證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年.因此說，亞里士多德在動力學方面的最大貢獻是：第一次提出了運動和力之間存在關(guān)系的論點，開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域.

伽利略首創(chuàng)了理想實驗方法

由于亞里士多德的威望和影響，他的錯誤結(jié)論被當作信條.直到16世紀，意大利著名數(shù)學家、天文學家、物理學家、近代實驗科學的先驅(qū)者伽利略（圖2），首先對亞里士多德的觀點大膽地提出了質(zhì)疑并進行了深入的研究，

伽利略認為：物體的運動并不需要力來維持.運動之所以會停止下來，是因為受到摩擦阻力，當他把這個觀點給別人講解并試圖讓別人接受時，卻遇到了阻力.畢竟亞里士多德的觀點早已深入人心.于是.伽利略設(shè)計了眾所周知的斜面滾球“理想實驗”.也可以說.他是為了讓別人信服自己的想法.才設(shè)計了這個實驗.

“理想實驗”過程如下：

第一步：從斜面一側(cè)由靜止?jié)L下的小球，若沒有任何摩擦，在另一側(cè)斜面上將達到原來的高度.如圖3甲.（這是一個大家都能夠接受的事實，可以把它當作一個公理）

第二步：還是沒有摩擦，把另一側(cè)斜面近似放平，為了達到原來的高度，小球?qū)⒔?jīng)過更長的距離.如圖3乙.（這也是經(jīng)過推理大家都能接受的一個結(jié)論）

第三步：如果將另一側(cè)斜面完全放平，貼著地面.物體將如何運動？如圖3丙，

被提問的人肯定會在前兩步的基礎(chǔ)上得出：小球為了回到原來的高度，將永遠運動下去.

由此可見：如果沒有摩擦，一旦物體具有某一速度，物體將保持這個速度繼續(xù)運動下去，運動不需要力維持，到這里，伽利略的新觀點才被別人“不得不”接受！

這個結(jié)論，打破了自亞里士多德以來關(guān)于當外力停止作用時物體便靜止的陳舊觀念，很接近慣性定律了.但伽利略的慣性原理僅限于地球上.并沒有把它用于宇宙間，使之成為普遍適用的定律.所以，伽利略的慣性原理還存在著很大的局限性，還不能說伽利略發(fā)現(xiàn)了慣性定律，

伽利略的“理想實驗”是以可靠的事實為基礎(chǔ).經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，略去次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律，它是科學研究中的一種重要方法.同時，他第一個走出了亞里士多德“直觀觀察就能得出結(jié)論”的誤區(qū)，提出了依靠實驗來驗證自己觀點的科學研究方法，

笛卡兒補充了伽利略的觀點

1644年，與伽利略同時代的法國科學家笛卡兒（圖4），在伽利略研究的基礎(chǔ)上進行了更深入的研究，他認為：如果運動物體不受任何力的作用.它不會向左、右方向偏，將永遠沿原來的方向做勻速運動.這個觀點彌補了伽利略的不足！笛卡兒的觀點又比伽利略前進了一大步！

牛頓總結(jié)出慣性定律

1687年，英國偉大的物理學家、數(shù)學家牛頓（圖5）擺脫了亞里士多德的影響，繼續(xù)了伽利略重視實驗和邏輯推理的研究方法，吸收了笛卡兒的研究成果.把慣性定律作為第一原理正式提了出來：一切物體在不受外力作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，他又進一步提出了“保持勻速直線運動狀態(tài)和靜止狀態(tài)是物體的同有屬性”的觀點.

同時，牛頓又把慣性定律應用于地球上的物體運動和天體運動的解釋，給慣性定律賦予了普遍意義.至此.人們對于運動和力的認識達到第一階段比較完善的程度.

后來，愛因斯坦等科學家又進一步發(fā)展了牛頓第一定律.使之成為現(xiàn)代航空航天技術(shù)的理論基礎(chǔ)之一，

牛頓第一定律的建立過程留給我們的啟示有：

1.該定律不是從實驗中直接得出來的.但它又有深厚的實驗基礎(chǔ)，它是在實驗的基礎(chǔ)上通過進一步的科學推理而得到的，由這個定律進一步得出的一切科學推論都經(jīng)受住了實踐的檢驗.

2.該定律的得出是建立在許多人研究的基礎(chǔ)上的，正如牛頓所說：“如果說我所看得更遠一點，那是站在巨人肩上的緣故.”

所以說，沒有哪一個定律是終極真理.物理學的大廈永不封頂，還等待同學們繼續(xù)為它添磚加瓦呢！

跟蹤練習：

1.人類航天航空技術(shù)的發(fā)展，得益于物理學中關(guān)：于運動和力的研究.對“運動和力的關(guān)系”的研究大致：經(jīng)歷了以下幾個階段：

①古希臘哲學家亞里士多德根據(jù)經(jīng)驗和思辨認！為：力是____

物體運動的原因，

②伽利略通過實驗說明：運動物體如果不受其他：物體的作用，將會做______.

③英國科學家

概括了伽利略等人的研究：成果，總結(jié)出著名的慣性定律.

2.下列關(guān)于“牛頓第一定律”建立的說法正確：的是（）.

A.它是通過理論推導出來的

B.它是通過實驗直接得出的

C.它是可以通過實驗來進行驗證的

D.它是在實驗的基礎(chǔ)上，通過分析、推理得出的：

參考答案：1.維持勻速直線運動 牛頓2.D：endprint