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牛顿第一定律让我苦恼了,帮帮忙吧,各位!

来源:N       更新时间:2010-5-5
 
根据牛顿第一定律可知,力是改变物体运动状态的原因,而运动状态是相对参考系的,我也知道牛一定律是相对惯性系成立的,那么是否也就意味着力是改变物体运动状态的原因的这句话也仅是在惯性参考系下成立?举个例子,
假设在地面上有一个从静止不断加速的一列火车,并且在车内一个光滑的地板上(不考虑摩擦)有一个球,当车由静止加速时,车内的人会看到球会相对车地板加速向后滚,(它应该是受力平衡的,)我知道车板是非惯性系,这印证了牛一定律只适用惯性系,但也同时说明了对于非惯性系而言,;力不是改变物体运动状态的原因,但更大的问题在于当他碰到车内壁后,会受到墙壁的阻力,在车内人看来,相对与车板而言球停止运动了,对于非惯性系而言力又成了改变运动状态的原因,自我矛盾,我更倾向我的思维有问题,但找不到在哪,
到底应怎样理解力是改变物体状态的原因?帮帮我!!!

 

其实,真实的逻辑是这样的:
牛顿第一定律认为,力是改变物体运动状态的原因。因此在不受力的情况下,物体应该保持静止或匀速直线运动状态。
另一方面,牛顿认为存在一组比其他参照系更优越的参照系,即惯性参照系。其实也就是认为有一个绝对的参照系,这个参照系就是由牛顿第一定律来决定的。
即牛顿第一定律说明有一种参照系比与其他参照系不同,在这种参照系中,在不受力的情况下,物体应该保持静止或匀速直线运动状态。

在很长一段时间里,人们都觉得这个想法很“自然”。
所以在那个时代,人们是不会有你这种困惑的。

对于所有参照系都一样,没有一种比另一种更优越的想法是后来才出现的。直到爱因斯坦提出相对论之后,才冲破了绝对参照系的束缚。
但随之而来,你说的这种问题就出现了。
在广义相对论提出后,这个问题可以被很自然的解释了。
任何力都被描绘成场的作用,比如引力是物体在引力场中受到的作用。而爱因斯坦证明了加速场在局域和引力场是等价的,也就是在一个本身有加速度(或者说非惯性)的坐标系下,存在加速场,也就等效于存在引力场。也就是有引力,因此牛顿第一定律还是成立的。

不知道这样解释你明白了没有。

 

你知道有一个词叫惯性力吗?
惯性力是指当物体加速时,惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向,若是以该物体为坐标原点,看起来就仿佛有一股方向相反的力作用在该物体上,因此称之为惯性力.
http://baike.baidu.com/view/859.htm
看一下就可以明白的.

你的例子说非惯性系里,力是改变物体运动状态的原因,其实你的例子只能说明力可以改变运动状态.并不是唯一的原因,我表达能力也有限......


是啊,牛顿说的.其实不是很好理解,不过等学得多了自然会领悟的.

 

力是改变物体运动状态的原因不只在惯性系里成立,物体运动状态改变因为速度变了,由第二定律f=ma.对于你刚才说在非惯性系力不是唯一改变物体运动状态的原因。牛顿定律主要研究惯性系,在非惯性系有的适用有的不适用,只是人们更把牛顿定律完善了,后人总不能说牛顿定律是错的吧

 

这个...如果是车板撞球使之停下,那么这里就有个碰撞过程,就可以和“受力而改变运动状态”扯上了。

在下也对广义相对论也不甚了了,这里姑且说点想法。

比方说,我们假设车板上放着个摩擦系数为零的东西,那就比球还要理想了。这时如果车加速,球显然会“看起来受力”而运动。这个时候,我们能从车窗观察窗外的大地,就会发现运动的“其实”是车。而车上的球在撞到车壁停止之前,和地上种的树之类其实没什么本质区别,都是相对地面静止而且不受车的带动的。
也就是说楼主提到的“反常”现象可以这么解释:观察者在外力作用下运动,于是便和不受外力的被观察对象有了相对运动,这种相对运动总是通过具体的观测/测量数据(比如人眼“测量”到的画面)表现出来的。
但是如果只通过视觉来观察,那么观察者本身并不能靠平衡感之类来确定自己的运动状态是否会随车的变速而有改变,于是自然会把自己同被观察的球之间的相对位置的改变,都归结成球莫名其妙的运动,而不是观察者本身在运动。
——也就是说,只所以出现这个“运动状态是否因受力而改变”的疑惑,是因为牛顿体系里,观察者和观察者之间是不等价的。

但是这种不等价,在数学或者几何形式上看不出来。因为相对运动之类的影响,只要在公式里稍微做点代换就能消除掉。而即使再复杂一点的比如变速圆周运动之类,只要引入个某种形式的“惯性力”之类也可以统一的按照“外力改变物体运动状态”来处理。这些楼主如果有机会学到“理论力学”自己也就会推了。

这里显然有不等价的地方,但是这个不等价又不表现在数学形式上,那就只能从物理概念入手了。

碰到楼主的这种情况,显然或者是车倾斜了并且静止着,或者是车在水平加速,或者是这二个情况的某种组合。

按照牛顿的说法,我们肯定有办法区分这二个情况。比如只要确定没有电磁力或者其它物体的碰撞来推动球,或者“竖直方向”之间不是相互平行的之类,多半就可以确定实际上是车厢在动。于是就可以依次逐步的往“外”找,不断的打破“车厢的阻隔”而看到“不在运动”的“大地”。历史上人们不就是靠观测天体变化/运动,靠傅科摆等现象,甚至自己上天到太空里直接看,才确定地球在动的么?
而这个“不断打破”的过程总有个终点,这就是所谓绝对静止参考系了。这个想法很符合常识,而且只要这个想法准确,那么楼主的疑问,显然只需要再引入一点数学运算来处理掉相对运动的问题,就可以解决了。

——楼主说的“力是改变物体运动状态的原因”,似乎应该是对这个绝对静止系说的;这里的运动状态的改变也是对这个参考系,而不是对楼主随便挑选出的某个参考系,来说的。
牛顿不是讲究绝对时间与绝对空间么,自然不可能随便挑个参考系出来都一样算数的。

而按照爱因斯坦的说法,由于物理定律对于不同参考系有等价性(也就是把伽利略的相对性原理再推广好几下),所以即便真有那么一个“绝对静止系”,我们也是无法确定/区分出来的。
这个说法看来有点回避问题的意思,但是从这个推广的相对性原理出发,爱因斯坦他老人家似乎真的找出了比较完善的数学形式来实现这个等价性,而且还找到了“加速运动和大质量物体都使空间弯曲”这个物理解释...有点凑答案的味道?:(
按照这个说法,楼主实际上就可以直接当车厢里有一个善变的万有引力场存在,而使球莫名其妙的运动起来;至于这个万有引力场是因为车厢运动导致的呢,还是因为车厢相对于附近的大质量物体的位置变化而导致的,这就是枝节问题了。

以上纯属个人臆测,不敢说对相对论或者甚至牛顿体系的了解真的够深入。所以楼主随便看看就可以了。

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某id又找到下口的对象了?这次在下就不奉陪了。所谓讲理的怕楞的,楞的怕横的,横的怕不要命的。讨论物理问题靠的是讲理,别的手段在下不专业啊。

关于牛一律,似乎有这么一个版本的描述:
物体保持静止或匀速直线运动状态,除非有外力迫使它改变这个状态。
——这不就是“外力是物体改变运动状态的原因”了?

当然,原文如何,似乎得学过拉丁文才能看的懂。在下不才,也就是会个母语和英语而已。看某id的口气信誓旦旦,莫非真的会拉丁文,能知道老牛的原意如何?
可是话说回来,什么时候搞物理成了文献考古了呢?

原来某id也不知道牛顿那本原理,最早是拉丁文写的?上午之前在下也没想到。看来不过彼此彼此而已。
不过连是不是鸡毛都没认清,就拽着个不知道什么的“令箭”来挥舞,也不知道是哪里来的魄力。

 

一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。

这就是著名的牛顿第一运动定律。

因为物体之间总是要发生相互作用的,不受外力的物体是不存在的,我们所看到的匀速直线运动状态或静止状态,都不是由于物体没有受到外力,而是它受到的外力互相平衡的结果。

“力是改变物体运动状态的原因。”并不属于牛顿第一运动定律的内容。这句话是指:要改变物体的运动状态,就必须对它加力;力的作用不是使物体运动,而是使物体的运动状态发生改变。


 

小球相对地面是不动的,这与第一定律是不矛盾的,根据广义相对论一个做匀加速直线运动的惯性系可以等效成一个引力场,这就是车里的人会看到小球运动的原因。力改变物体运动状态的根本原因是产生加速度。

 

这很复杂的还是需要相对论的你学了相对论就知道了要解释的话就是一本书了因为这涉及的东西太多了

 

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