试听90秒【第8.01讲】牛顿第一定律

【第8.01讲】牛顿第一定律

同学们好！欢迎来到物理老师讲物理。

上一章，我们学过力有两个作用效果，即物体形状的改变和运动状态的改变。这一讲呢，我们就来聊聊物体运动状态的改变。

我们看过很多刚学会走路的小朋友玩滑板车，脚蹬一下，车就跑一段。一旦不蹬了，车很快就停下来了。这么小的小朋友都明白，要想维持车子不停的跑，他就要不停的蹬。

自古以来很多人都思考过类似问题，两千多年前古希腊的哲学家亚里士多德，也思考过，他认为，一旦没有力的推动，所有物体就将静止，力是维持物体运动的原因。这种观点一直统治着人们的思想。直到意大利科学家伽利略才纠正过来。

现在我们根据经验就知道，越是光滑的地方，运动的物体越不容易停下来。这一点，课本上设计了实验。实验中，我们一步步减小平面的阻力，发现阻力越小，运动的小车就越难停下来。伽利略的高明就在于他进一步推理，按照这个趋势，如果平面绝对光滑，也就是阻力为零，那运动的物体岂不是永远也不会停下来。

后来英国科学家牛顿，总结了伽利略等人的研究成果，概括出了一条重要的物理定律，并且大胆地提出，这是自然界的一条基本定律。在他1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中，将其称为“第一定律”，后人称之为“牛顿第一定律”。

牛顿第一定律说：

一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

牛顿第一定律你当然要背下来，可是光背熟了没用，还要深入理解它的含义。

首先要抓住几个关键词，比如其中说的“一切物体”还有“总保持”都需要挖掘：

“一切物体”是指无论是固体、液体或气体；无论是巨大的物体还是微小的物体；无论是运动的物体还是静止的物体，都包括在内。

“总保持某某状态”的“总”字，说明这是个普遍适用的规律，没有例外情形。

“保持”的意思是，原来一开始是怎么样的，后来还是怎么样的，跟原来一模一样，用你们的话说，就像复制粘贴的一样。如果原来是静止的，后来还是静止的；如果原来是运动的，后来仍然是运动的，并且速度不变、方向不变，就这样永远运动下去。速度和方向都不变的运动是什么运动啊？那就是匀速直线运动嘛。

除了刚才强调的几个关键词，咱们还要体会它的整体含义。

牛顿第一定律回答了一个问题，“物体不受任何外力时，运动情况是怎样的”这个问题。怎样的呢？运动状态会保持原状，也就是物体天然的会保持自身的运动状态，而不需要外力来维持运动。

那反过来，“物体受外力时，运动情况又怎样呢？”运动状态自然就会发生改变，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动状态的原因。从这个角度来说，牛顿第一定律，也可以换个说法，表述成：

任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

事实上，牛顿的原文就是这样表述的。

我们还需要认识到，牛顿第一定律不是实验证实的规律，而是在大量经验的基础上，通过推理而概括出来的。虽然我们不能直接证实这个定律，但是以这个定律为基础得出的其它推论，都经受住了实践的检验。因此，牛顿第一定律已经成为公认的物理学基本定律之一。

第一定律还揭示了一条物体固有的属性，即一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质，这种性质叫做惯性。

我想再聊聊对惯性的深入理解。

惯性是一切物体都具有的基本属性，有点“惰性”的意味，原本静止的就不愿意动了，原本运动的，就不愿再加快或停下来。通俗的讲就是：“静者懒得动，动者懒得停。”

惯性它反映了物体抵抗运动状态变化的本领。这个本领与物体的运动状态、受力情况、地理位置等等都无关。惯性的大小只与一个因素有关，那就是物体的质量，质量唯一决定了惯性的大小。质量越大，惯性越大；质量越小，惯性就越小。

不知道你有没有看过那部经典电影《泰坦尼克号》，但这个故事你一定听过了。

当时世界上最庞大、最豪华的邮轮泰坦尼克号，号称“永不沉没”，可是第一次远航就撞上冰山，沉没了。里面有一个细节，在撞上冰山之前，船长就看到冰山了，并下令让船倒退，可惜船没能及时停下来，还是撞上了。为什么螺旋桨倒转，也没能让船及时停下来呢？你可能会想到“惯性”。没错，就是因为惯性，排水量46000多吨，那么大的一艘巨型邮轮，它的惯性实在太大了，不是说停就能停得下来的。同样，这艘巨轮，如果停在那，也不是轻易能推得动的。

惯性不是力，是物体本身固有的一种性质，与生俱来。因此，很多习惯说法，比如“物体受到了惯性作用”，或者说“产生了惯性”，“受到惯性力”等等，这些都是错误的说法。

最后咱们一起做个例题，看看怎么利用惯性来解释我们身边的现象。

人走路时，脚踢到大石头上或者踩到西瓜皮上都容易滑倒，请问这两种情况分别容易朝哪个方向摔倒，并解释原因。

答：走路时，人的上半身和脚一起在向前运动。如果脚踢到石头上，脚受到石头的阻力停了下来。可上半身由于惯性，还要保持原来的运动状态，继续向前运动。因此，人摔倒时容易向前扑。

如果脚踩到西瓜皮，因西瓜皮很滑，脚会随西瓜皮向前快速的滑行。可上半身由于惯性，还要保持原来的速度，仍以较低的速度向前运动。因此，人摔倒时容易向后仰。

【小结一下】

这一讲，我们探讨了力与运动的关系。力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动状态的原因。

一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

物体保持原来运动状态的性质，被称为“惯性”。一切物体，与生俱来，都具有惯性。

【思考题】

牛顿第一定律告诉我们不受力的物体，总保持静止或匀速直线运动状态。但现实生活中我们看到，很多物体受到力的作用，也能保持静止或匀速直线运动状态。这又是怎么回事呢？

这个问题留待我们下一讲接着聊，下一讲再见！