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.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系的論點，開創(chuàng)了一個新的研究領域.

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.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，它是在實驗的基礎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：于運動和力的研究.對“運動和力的關系”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