牛顿运动定律( 六 ) _生活百科

—1666年，牛顿又研究了二个球形刚体的碰撞问题。他没有把注意力集中在动量和动量守恆方面，而是把集中在物体之间的相互作用上。对于两刚体的碰撞，他提出：“在它们向彼此运动的时间中（就是它们相碰的瞬间），它们的压力处于最大值，……它们的整个运动是被此一瞬间彼此之间的压力所阻止，……只要这两个物体都不互相屈服，它们之间将会持有同样猛烈的压力，……它们将会像以前弹回之前彼此趋近那样多的运动相互离开。” 1668—1669年，荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629—1695）、沃里斯（willis）和英国物理学家克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren，1632—1723）分别对碰撞问题也做了很多研究，并得出了一些重要的结论。其中，惠更斯的工作比较突出，他证明了两硬体在碰撞过程中同一方向的动量保持不变，纠正了笛卡尔不考虑动量具有方向性的错误，而且首次提出碰撞前后的动量守恆。牛顿在正式提出牛顿第三运动定律时，肯定了他们的工作，同时也指出了他们的局限性。牛顿认为：“雷恩和惠更斯的理论以绝对硬的物体为前提，而用理想弹性体可以得到更肯定的结果，并且用非理想弹性体，如压紧的木球、钢球和玻璃球做实验，消除误差后结果是一致的。”1673年，法国物理学家马里奥特（EdmeMarotte，1620—1684）用两个单摆做碰撞实验，巧妙地测出了碰撞前后的瞬时速度。牛顿也重複做了此实验，他进一步讨论了空气阻力的影响及改进办法，并对结果进行了修正。1684年8月起，在英国物理学家埃德蒙多·哈雷（EdmondHalley，1656—1742）的劝说下，牛顿开始写作《自然哲学的数学原理》，系统地整理手稿，重新考虑部分问题。1685年11月，形成了两卷专着。1687年7月5日，《原理》使用拉丁文出版。《原理》的绪论部分中的运动的公理或定律一节中提出了牛顿运动定律，摆脱了旧观念的束缚。1713年，《原理》出第2版；1725年，出第3版。19世纪后半期，德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824—1887）、奥地利及捷克物理学家恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838—1916）、美国物理学家埃森布德（L. Eisenbud）、美国物理学家奥斯顿（N. Austern）等人对牛顿运动定律的表述均有论述，并提出自己的修正意见。其中，马赫在《发展中的力学》中，对牛顿运动定律做了比较全面的考察和分析整理；埃森布德在《关于经验的运动定律》中、奥斯顿在《牛顿力学的表述》中，也提出了相似的新表述。但这些修正意见中有一部分受到质疑，质疑者包括瑞士及美国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）等。1905年以来，爱因斯坦的相对论推翻了牛顿建立的大部分科学体系。爱因斯坦指出，牛顿运动定律在超出经典力学範围或质点、惯性参考系以及巨观、低速运动问题等适用条件时，不再成立。该部分内容已超出对牛顿运动定律发展简史的讨论範围，后续发展可参阅狭义相对论、广义相对论等词条。套用领域牛顿运动定律在物理学等学科领域上，套用广泛：
牛顿运动定律可求解动力学问题。物体的受力情况已知求解运动状态，或是运动状态已知求解受力情况，均是对受力情况、加速度、运动状态三个条件（结论）依次转化，两类问题的求解思路相同，基本分为以下三步：①确定研究对象，进行受力分析或运动状态变化情况分析；②建立合适坐标系，列牛顿运动定律方程，适当补列其它方程；③解方程并讨论。除动力学领域外，牛顿运动定律在物理学其他分支学科上亦有套用。在流体力学中，牛顿运动定律较功能原理，推导理想流体的气体沿水平方向运动或不计单位体积质量气体的势能时遵循的伯努利方程