牛頓第一定律中「靜止和勻速直線運動」的參照物是什麼?
rt,曾經大開腦洞地想過牛頓第一定律中既然有靜止一定會有參照物,那麼參照物是什麼?有沒有質量?若有質量不就有引力了嗎那麼還怎麼達到「不受力的作用」?
還是題主圖樣圖森破陷入了思維誤區?求大神解答。題主是准高中生,是被一群同樣大開腦洞的學霸朋友們派到知乎上發問的。希望能有深入一點的回答。衷心謝謝各位題主!不喜勿噴。
好問題!題主很有物理思辨能力!引用我的回答:怎樣證明牛頓第一定律? - 張樂陶的回答
以下引自朗道、栗弗席茲和Akhiezer合著的 「普通物理學:力學和分子物理學」(基於朗道在莫斯科物理技術學院給一二年級本科生講授普通物理的講義)的第一章第一節——
第I章. 質點力學§1.運動的相對性原理力學中的基本概念是某一物體相對於其他物體的運動。鑒於運動的相對性,在不存在任何其他物體的情形下,明顯不可能對運動做任何探討。若完全不考慮其他的物體,則某物所謂的「絕對」運動沒有任何意義。 運動的相對性,源於空間這一概念本身的相對性。我們無法脫離空間中的物體而提到它在所謂「絕對空間」內的位置,而只能談及它相對於某些特定物體的位置。一組任意的被視為靜止的物體,當其他物體都相對於它們運動時,在物理學中就叫做一個參考系(參照系)。參考系可以以無窮多種方式任意地選取,而相對於不同的參考系,某個給定的物體相對於它們的運動一般來說也是不同的。若選擇這一給定物體本身作為參考系,則此物體相對於其自身的參考系靜止,而相對於其他的參考系則會處於運動之中,且相對於不同的參考系其運動亦不相同,即——沿著不同的路徑。
在研究任何給定的物體的運動時,彼此不同的參考系都是同樣有效且被容許的。然而,一般來說,物理現象在不同的參考系中卻以不同的方式呈現,因此不同的參考系可以利用這樣的方式得以辨別。 選擇那些使自然現象以最簡單的形式而呈現的參考系是合理的。考慮這樣一個物體:它距離其他物體非常遙遠,以致於它與其他物體不能發生相互作用。這樣的物體可以說是正在作自由運動。 事實上,自由運動這一條件,理所當然地只能在一定程度上近似地實現,但是原則上我們可以在任意的精確程度上想像一個免受其他物體相互作用的物體(即相互作用可以減弱得任意小)。 自由運動,和其他形式的運動類似,在不同的參考系中呈現不同的形式。然而,如果參考系被確定地選在一個自由運動的物體上,那麼其他自由運動的物體相對於此參考系都呈現出極為簡單的形式:即沿著一條直線均勻地運動,或有時所謂的「勻速直線運動」。這個陳述構成了由伽利略首先提出的慣性定律的內容。一個選在自由運動物體上的參考系稱為慣性參考系(簡稱慣性系)。慣性定律也被稱為牛頓第一定律。 也許粗看上去,慣性系的定義具有如此不尋常的性質,將會導致「絕對空間」和「絕對靜止」可以相對於慣性系而定義。然而並非如此,事實上,由於存在著無窮多個慣性系:如果一個參考系相對於一個慣性系作勻速直線運動,那麼它也將是一個慣性系。 必須強調的是,慣性系的存在並不僅僅是邏輯上的必要前提。事實上,斷言在原則上存在使自由(運動)的物體以勻速直線形式而運動的參考系,是自然界的一條基本定律! 通過考慮自由運動,我們明顯還不能分辨不同的慣性系。問題是,是否存在其他的物理現象可以作為檢驗,使我們能通過某種方式從諸多慣性系中區分出其中的一個,並將其選為一個具有某些特殊性質的慣性系?如果這是可以實現的,我們就可以說,相對於這個「特殊」的慣性系,存在著「絕對空間」和「絕對靜止」的概念。然而,實驗證明,全部已知的物理現象在不同的慣性系中都呈現著相同的形式,所以不存在這樣一個「與眾不同」的慣性系。 全部的物理定律在任意的慣性系中都呈現相同的形式,因此在物理意義上,諸多慣性系之間是等價而不可區分的。這一結論稱為運動的相對性原理,是物理學中最重要的原理之一。它的成立剝奪了「絕對空間」、「絕對靜止」、「絕對運動」等概念的全部意義。 由於在任意慣性系中,全部的物理定律都呈現相同的形式,然而在不同的非慣性系中卻呈現著不同的形式,因此在慣性系中研究物理現象是合理的,所以除非特別聲明,我們從此以後都這樣做。在物理實驗中,事實上只能在一定程度的近似上將參考系視為慣性系。例如,通常我們在地球上生活的地點是最常用的參考系。由於繞自轉軸的旋轉以及繞太陽的公轉,這個參考系並不是慣性的。這些運動的形式和速度都隨著地點的不同而變化,因此地球本身這一參考系也不是慣性的。然而,由於我們日常的速度——與地球公轉和自轉速度的大小與方向變化比較而言——都相對緩慢,事實上我們可以在允許一個很小的誤差(在許多物理實驗中都可以忽略不計)的前提下,默認地面參考系是一個慣性系。不過,儘管地面參考系和慣性系之間的差別非常小,它仍然可以被觀測到;比如,藉助一個傅科擺,可以發現其振動平面相對於地表在緩慢地移動著(§31)。
【以上翻譯均出自本人,轉載請註明作者譯者及出處】
要知道這個並沒有參考系一說---------------------------------------首先牛頓第一定律是一種描述的普適規律的定律,即我們所說的範式.我們來做一個簡單的邏輯推導便可得: //首先我們描述一個物體是靜止的(這個命題)題主是靜止的題主是靜止狀態或者描述為勻速直線運動的.那麼問題來了,你怎麼知道題主是靜止的,你已經在主語中給對象添加了一個參考系,這樣才能使得謂語中的靜止一詞進入主語的集合,那麼我們還需不需要糾結參考系的問題呢,答案是肯定的,糾結有個毛用,你都知道了這個物體是相對於你或者其他事物靜止的並且發表了這個命題,就已經沒有爭論參考系的必要了.
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PS:求關注 雖然說的很爛 獻醜了~這個參照物是絕對靜止的參照物,也叫絕對參照系。其實牛頓力學就是建立在絕對時間和絕對空間基礎上的。
但是這個絕對參照系很難找到,因為宇宙里至今沒發現哪個物體是絕對靜止的。但是實際運用中,對於機械運動來說,一般不需要尋找絕對參照系,只要相對參照系就行,也就是說,只要相對靜止或相對勻速直線運動就行。
這樣一來,我們就可以隨便找一個靜止的,或勻速直線運動的物體作為參照系。那麼怎麼判斷這個物體是靜止的,或是勻速直線運動的呢?
這要根據牛頓第一定律來判斷。假如這個物體不受任何外力,或所受外力的合力為0,那麼我們就可以判斷此物體是靜止的,或勻速直線運動的。這其實是循環論證。但是沒有辦法,目前只能這麼做。如果找到絕對參照系,這個問題就解決了。類似問題在學校碰到超多。初中生還是多打打球,多經歷些不同的事的好,不然總鑽在學科知識里,長進反而慢。物理里研究問題都是研究近似模型的,很多其他干擾因素,比如你說的萬有引力,和其他因素相比就是可以忽略不計的。中學的模型都是最簡單的,和粗糙的生活經驗一起來,問題就多了。
簡單來說,就算有萬有引力,對物體運動的影響在初中測量的精確程度下可以忽略不計。
多說一句,這些誤差分析的事,定性方面靠生活經驗,定量方面靠數學,所以我覺得你還是去打球吧。
我知道這個問題我答的不好,題主應該不太明白我要表達什麼。沒關係,去找你的老師聊聊你的想法,應該能得到滿意的答覆。和專業人士面對面的交流比在網上問問題有效率太多。以下是個人理解。我覺得這個問題的重點不是在這個結論上,而是在尋找滿足這個定律的參照繫上,也就是慣性系(一個靜止在地面不受力的木塊以一個有加速度的質點作為參照系時,這個定律很明顯不成立,同時地面也可以近似看作為慣性系)而慣性系找到了,參照物也就找到了。普通物體之間的萬有引力這麼小真的考慮么
參照物可以任意選,只要相對於那個參照物是不懂得,你就可以說那個物體是靜止的,至於你說的物體有質量就會有引力,有引力就不會保持靜止,完全是錯誤的。1物體和物體之間的引力是可以忽略不記的,因為物體的質量通常都比較小,我說的小並不是質量一千克兩千克,而是幾億噸的東西都是小的,因為引力常亮非常小,這個你以後會學到。2引力完全可以被摩擦力,支持力之類的力抵消。
「參照物」是便於理解的直觀說法,其實……我建議題主自己去思考去探索,這個過程中學習到的思考方式和方法遠比答案本身更有價值。隨便一本大學物理教材都能給題主一個滿意的答案,但是一個會思考的大腦可以讓人生變得更好。
萬有引力大小與質量相關,兩個物體質量相乘達到10的20多次冪才勉強可以算一下在日常生活中的體現微乎其微, 0後面還要加若干個0的大小的力,沒必要考慮,學物理經常有個叫模型的東西,模型把一個實際問題理想化,忽略次要的東西,強調必要的(想想你學過的質點,就是最基本的模型,忽略物體形狀,只考慮有質量這一特點),研究牛頓定律,就忽略掉萬有引力,相對論效應這些影響,說到牛頓定律,成立的條件之一就是要在慣性參考系中,(你問我什麼叫慣性參考系?好吧就是牛頓第一定律成立的參考系…老師也很無奈的如是告訴我們,這兩個概念就是互相解釋的)
靜止或勻速運動的參照物是一個 [加速儀]: 這是一個玻璃管,管子裡有一條彈簧,彈簧一端黏在管子底部,一端黏著一顆玻璃球。
[黏~~~~~~(球) ]
這圖,~~代表彈簧,管子稍長一點讓球可以活動。把這管子隨意轉幾個方向,如果彈簧長度有變化,就說你在加速。如果你看到彈簧長度完全沒變化,就說你沒加速。當你沒加速時,以管子底部為原點,沿著管子為X軸,建立慣性座標系,觀察外物移動。
你問出了一個非常本質的問題。上面張樂陶的回答應該比較好了。
說參照物是為了研究相對運動,牛頓第一定律是提出一條定律,是絕對的,不存在參考系,萬有引力這種東西你做小滑塊類題的時候,你考慮嗎?衛星受力分析你咋不算宇宙膨脹呢?理論不能考慮太多無關細節
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