牛顿第二定律是经典力学的核心之一,也是牛顿最重要的贡献。
《自然哲学的数学原理》 运动的公理或定律 定律2 运动的变化正比于外力,变化的方向沿外力的直线方向
这与现在的表述——“物体所获得的加速度与它所受到的外力成正比,与它的质量成反比,加速度的方向与外力的方向相同”差别不大。牛顿在随后的附注中说:“迄今为止我叙述的原理已为数学家接受,也得到了大量实验的验证”,这样说不知道意为何指,实验究竟是谁做的也没有交代。
可以确定,该定律就是一个实验定律,数学表达式为a=F/m。这个外力F可以是拉力、推力或弹力,也可以是重力、电磁力等其它性质的力。教科书中把“力”定义为“力是物体对物体的相互作用”——这是力的普遍定义,即对所有性质的力都适用。但这样的定义实在是太笼统了,不能体现出来力的普遍意义和性质,假如再进一步问:物体间的相互作用又是通过什么来实现的呢?毫无疑问是通过物体之间的加速运动来实现的,因为在这个世界上所有的物体始终都是在运动着的,并且不存在绝对的匀速运动,即所有的运动都是加速的(光速取的也是一个平均值,光对物体的作用也需要改变速度或方向,匀速穿过不会发生作用)。
至此,那就直奔主题:将a=F/m变换一下可得ma=F,用m与a的乘积来定义力,这个F不就是力的普遍定义吗?在上式中,加速度a可以细分为直线运动加速度和向心运动加速度,并且所有的曲线运动都是被迫的,因为物体运动天生喜欢走直线(或捷径)。
以上就是对牛顿第二定律的另类解读:a=F/m是牛顿的,牛顿先预设了外力F,然后在外力F的作用下得到了加速度a,这与人的第一直觉相符;ma=F暂且算是我的,我是先观察的了物体运动的加速度a和物体的质量m,然后用m与a的乘积来表示外力F,这样的理解有点反直觉,虽说理解起来有些困难,但无论a=F/m,还是ma=F,能够直接观察和测量的始终只有m和a,外力F只能由m和a的乘积来表示,F是一个抽象出来的概念。在这里,m和a是因,F是果。
或许有人会问:在a=F/m中,没有了外力F,哪里还会有加速度a呢?这就需要去考察外力F的来源,在实验中无论这个外力F来自重力、拉力、推力或其它,最终都离不开物体的加速运动,说穿了就是用一个加速运动来取代另一个加速运动。假如再继续问下去,就不可避免地要涉及到物体(物质)运动起源的问题,那是另一个更深层次的话题,暂且打住吧
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修改:md2006 FROM 223.79.28.*
FROM 223.79.28.*