物体抵抗变化

牛顿第一定律

静止的物体保持静止，运动的物体以相同的速度和方向保持运动——除非受到不平衡力的作用。

这个属性称为惯性。宇宙中的一切都抵抗其运动被改变。

坐在桌子上的书会永远坐在那里，除非有东西推它。在无摩擦冰面上滑动的冰球会永远直线滑动，除非有东西停止它。

这是革命性的。在牛顿之前，人们认为物体自然会减速。牛顿意识到减速不是自然的——它只发生在摩擦力和空气阻力等力的作用下。

日常生活中的惯性

你每天都体验惯性

安全带之所以存在是因为惯性。当车突然停止时，你不会随着车停止——你的身体继续以车的原始速度向前运动。安全带是停止你的不平衡力。

拉桌布魔术之所以有效是因为惯性。盘子处于静止状态并抵抗被移动。如果你足够快地拉布，摩擦力没有时间加速盘子，它们会保持原位。

地面上的足球保持完全静止，直到有人踢它。它没有移动的欲望，没有移动的倾向。它完全不受影响。

力等于质量乘以加速度

牛顿第二定律

力等于质量乘以加速度：F = ma

这是所有物理学中最有用的方程。它立刻告诉你三件事：

1. 你对物体施加的力越大，它加速（加快、减速或改变方向）得越多。

2. 物体的质量越大，对于相同的力，它加速得越少。

3. 如果你知道三个值中的任何两个——力、质量或加速度——你可以计算第三个。

质量是物体包含的物质量。用千克(kg)测量。

加速度是速度改变的速度。用米每秒平方(m/s²)测量。

力用牛顿(N)测量——是的，这个单位是以他的名字命名的。

应用 F = ma

推购物车

想象这个场景：你在杂货店。你推一个空的购物车，它轻松滚动。然后你把车装满了沉重的食品杂货，用相同的力推。

每个作用都有相等的相反反作用

牛顿第三定律

对于每一个作用，都有一个相等的反方向反作用。

这意味着力总是成对出现的。你不能推而不被推回。

当你行走时，你的脚向后推动地面，地面向前推动你。那个向前的推动就是让你移动的东西。

当火箭发射时，它不是推动地面或空气。它以巨大的速度向下抛出热气，气体以相等的力向上推动火箭。

当你游泳时，你的手向后推水，水向前推你。

力的大小总是相等的，方向相反。总是这样。

在地球上跳跃

一个令人困惑的问题

当你跳起来时，你的腿向下推动地球。根据牛顿第三定律，地球以相等的力向上推动你——这就是让你飞到空中的东西。

但这里是奇怪的部分：如果你向下推动地球，地球也向上推动你，那么力是相等的。你飞向上方。所以地球应该向下移动。

万有引力

牛顿万有引力定律

牛顿意识到让苹果从树上掉下来的力与让月球绕地球旋转的力是相同的。

每个有质量的物体都吸引每个其他有质量的物体。 吸引力的强度取决于两件事：

1. 质量：更有质量的物体吸引得更强。

2. 距离：相距较远的物体吸引得较弱。力随距离的平方下降——距离增加一倍意味着吸引力减少四倍。

重量 vs. 质量

质量是你体内物质的量。无论你在哪里，它都不会改变。

重量是重力对你质量的拉力。它根据你所在的位置而改变。

在月球上，你有相同的质量，但重量只有六分之一，因为月球的重力较弱。

为什么月球不掉下来？

它一直在掉下来——不断地。但它也以如此快的速度向侧面移动，以至于当它掉一点的时候，地球表面已经在它下面弯曲了。它继续掉下去并继续错过地面。这就是轨道：坠落并永远错过地面。

失重但不是无重力

空间站谜题

国际空间站上的宇航员像失重一样漂浮。你可能看过视频——他们翻滚，水形成浮球，没有东西掉下来。

这里是令人惊讶的事实：国际空间站绕地球轨道运行，距离地球约400公里。在该高度，重力仍然约为表面重力的90%强。

牛顿定律在现实世界中

工程和运动中的力

地球上的每一个结构、车辆和运动都遵守牛顿定律。

桥梁必须平衡所有力以保持静止（第一定律）。工程师计算交通的重量（第二定律），并确保每个支撑点都以相等的力推回（第三定律）。

火箭纯粹按照第三定律工作——向一个方向抛出质量以向另一个方向加速。在太空中没有空气可推。尾气向下；火箭向上。

运动是应用物理。棒球棍将力传递给球（第二定律）。短跑运动员向启动块向后推动，启动块向他们向前推动（第三定律）。冰球在冰上滑动，摩擦力最小，展示了第一定律。

每次工程师设计汽车、桥梁或宇宙飞船时，他们都在求解牛顿方程。

你最喜欢的运动中的物理

轮到你了

现在应用你学到的东西。