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牛頓三大定律,究竟是不是根本的?動量守恆定律是否更為本質

由 寒冰借火 發表于 藝術2021-12-16
簡介牛頓第三定律中說,作用力與反作用力大小相等,方向相反,這其實也可以由動量守恆定律推匯出來

牛頓三大定律是什麼

牛頓的三大定律是從力的角度來進行闡述的,但第一定律和第三定律卻總是給人一種異樣的朦朧感。

牛頓三大定律,究竟是不是根本的?動量守恆定律是否更為本質

物體之所以具有抵制自身速度改變能力即慣性,是由於客觀世界遵循著能量守恆定律,或者更準確的說動量守恆定律。動量是物體的質量與其速度的乘積,一物體從外部獲得動量,質量越大,速度的改變越小,亦即慣性越大。所謂阻礙物體自身速度改變的慣效能力,其實是物體動量在質量與速度之間關係的反映。同樣的動量,一方大,一方必然小。所謂的阻礙作用的不同,只是同樣的動量改變,質量大的物體轉化成的速度小。

一物體在不受外力作功時,其動量不變,即質量與速度的積不變。物體的質量是固定的,故而物體的速度也不會變。從動量守恆定律可以直接推出牛頓的慣性定律,將此定律當作動量守恆定律的一個推論,而不必將慣性定律當作一個根本性的定律來看待。牛頓第三定律中說,作用力與反作用力大小相等,方向相反,這其實也可以由動量守恆定律推匯出來。

牛頓三大定律,究竟是不是根本的?動量守恆定律是否更為本質

一物體增加的動量與另一物體減少的動量,是大小相等,方向相反的。如果作用力與反作用力不是大小相等,方向相反的話,就會導致一物體增加的動量與另一物體減少的動量不再大小相等,方向相反,因為作用力的方向就是物體動量改變的方向。這種不一致違背了動量守恆定律,故而由此可以推得作用力與反作用力必然是大小相等,方向相反的。對於沒有動量的改變,而只有其他形式的能量改變的情況下,也完全可以用動量守恆定律來解釋。

牛頓三大定律,究竟是不是根本的?動量守恆定律是否更為本質

在此例子中,彈簧處於靜止狀態,沒有動量的改變,但卻有力的作用。如果用動量守恆定律來說,如果這兩個彈簧之間的相互作用力方向相反,那麼必然會導致物體動量的改變而讓物體發生運動,從而不再處於靜止狀態。

完全可以用動量守恆定律,來取代牛頓第一和第三定律,而把這兩個定律當做一個推論來看待。

牛頓三大定律似乎從更本質上來說,似乎是動量守恆定律,以及基於動量守恆的動量雙向傳遞定律。動量的傳遞量,等於作用力(或反作用力)乘以作用時間。牛頓的第一和第三定律,總是給人一種說不出來的恍如隔世的朦朧感,而動量守恆定律也沒有這種感覺。它給人一種真實的存在感,一種數學上的確定感。

當然,在已經有了相對論、量子力學的現在,對牛頓定律的改造已經沒有了現實的必要了。

圖片來自網路

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