第三章動量牛頓運動定理動量守恒定理運動學只描述物體的運動，并不揭示物體運動的誘因。運動和物體互相作用的關系是人類幾千年來不斷探求的課題。自牛頓發表他的《原理》300多年來，人類對于自然界的認識已然發生了天除草覆的變化。表面上看來，能量、動量和角動量三個定律和三個守恒定理是牛頓運動多項式的物理變型，但數學學的發展表明，能量、動量和角動量是能量、動量和角動量是更為基本的數學量，它們的守恒定理具有更廣泛、更深刻更為基本的物理量，它們的守恒定理具有更廣泛、更深刻的意義的意義。它既適用于宏觀世界，又適用于微觀世界；既適用于實物，又適用于場。為此我們從動量入手研究動力學。在熱學中，牛頓定理仍保持其應有的重要地位。力的概念似乎出現得很早，然而關于力和運動的關系的正確認識動量定理的運動例子，卻得到相昨晚。在亞里士多德的《物理學》中有一條原理：“凡運動著的事物必然都有促進者在推進著它運動。”這個論斷在幾乎兩千年的時間里，被覺得是無可懷疑的精典。伽利略用一個理想實驗理想實驗證明了亞里士多德的錯誤，他曾做過一系列小球沿斜面下降的實驗。伽利略的正確推論隔了一代人之后由牛頓總締結動力學的一條最基本的定理：任何物體，只要沒有外力改變它的狀態，便會永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態。
這便是一般所說的牛頓第一定理。改用下述較為現代化的說法來抒發慣性定理：自由粒子永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態自由粒子永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態。3.1牛頓第一定理和慣性參考系牛頓第一定理敘述的只是一種理想情況，未能用實驗直接驗證，它的正確性主要在于它所推出的結果和實驗事實相符合。定理闡明了維持物體的運動不需力的作用，而是靠物體本身的慣性，慣性是任何物體都具有的固有屬性。定理還闡明了力和運動的關系，即力是使受作用的物體改變運動狀態的緣由，力是形成加速度的誘因。既然運動只能相對于參考系來確定，對系為勻速運動的物體，對S′系可能成為非勻速的。那末，一個自由運動物體在S′系看來慣性定理不創立，可想像：一定存在著這樣的參考系，相對于它，所有不受外力作用的物體都保持自己的速率，這類特殊的參考系稱為慣性參考系。簡言之，牛頓第一定理在其中創立的參考系稱為慣性參考簡言之，牛頓第一定理在其中創立的參考系稱為慣性參考系（慣性系）系（慣性系）。一個參考系是不是慣性系要借助觀測和實驗來判別。實驗證明，月球不是一個精確的慣性系，但因為它旋轉得較慢，只要我們所討論的問題不是象大氣或海洋環流涉入空間范圍較大、時間間隔較長的過程，固定在地面上的參考系（基本參考系或實驗室參照系）可看成近似程度相爭當的慣性系。
力——是物體間的互相作用.力是造成運動狀態改變的緣由.提出了力和慣性的概念任何物體,只要不受其它物體作用，將會永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態.牛頓第一定理(慣性定理)慣性——物體所固有的，保持原先運動狀態不變的特點.2.是大量觀察與實驗事實的具象與概括孤立粒子相對它靜止或作勻速直線運動的參考系稱之為慣性參考系，簡稱慣性系.慣性定理可以對質點的某一份量創立.地面參考系——固結在地面上的參考系.基準參考系(FK系)——是以相對于選取的若干顆星體平均靜止的位形為基準的參考系.太陽參考系——固結在太陽上的參考系.3.23.2.1慣性質量3.2.4伽利略的相對性原理3.2.3牛頓運動定理3.2.2動量動量變化率和力3.2只有“自由粒子”相對于慣性系才可能靜止或作勻速直線運動，其實，我們不可能真正觀察到自由粒子，更多情況是質點運動狀態發生變化。因而須要研究質點運動狀態變化的規律。一、慣性質量我們現今觀察兩個質點，它們只受它們之間互相作用的影響。實驗上發覺：不論時間間隔怎樣，速率的變化的大小之比總是一樣的。對于每一對質點是相同的，而與它們如何運動無關。兩滑塊相撞，改變滑塊1、2初速率,反復實驗，發覺滑塊1、2速率改變量各次似乎不同，但總有為常量，與二滑塊有關.現今取某一物體作為標準物體，并用表示它，之后，讓質點與標準質點分別表示標準物體與某物體的速率改變量，將與二物體有關的慣性質量取倫敦國際計量局中鉑銥合金國際千克原器為標準物體，規定其質量為=1kg(千克)，此即國際單位質量的基本單位.一個原子質量單位(u)為碳的核素12C原子質量的1/12.就是某物體“質量的操作型定義”.從物體質量的定義可見，m大者較難改變運動狀態或速率，m小者則較易.所以m應是物體慣性的反映，即慣性的大小.以慣性量度的質量稱慣性質量，簡稱質量.精典熱學常量相對論熱學分別表示質點速率和真空中的光速.動量的概念雖普遍適用于數學學各個領域，但從歷史上講，它是由笛卡兒于1644年引入的，純粹是描述物體機械運動的一個數學量。
我們曉得，速率相同的兩輛車停出來，質量大的就比質量小的要困難些；同樣動量定理的運動例子，質量相同的兩輛車停出來，速率大的就比速率小的要困難些。由此可見，在研究物體機械運動狀態的改變時，就用質點的質量和速率的乘積來量度質點的“運動量”，稱為動量，其物理表達式為通過兩質點在氣桌上碰撞，發覺對任何兩質點均有：動量動量變化率和力力的獨立作用原理由上面我們曉得，一對質點在互相作用中傳遞著動量。獲得的動量質點喪失的動量等于質點它表明當兩個質點互相作用時，各自動量矢量的瞬時變化率大它表明當兩個質點互相作用時，各自動量矢量的瞬時變化率大小相等方向相反。小相等方向相反。定義：質點2給質點1的力為單位時間內質點2傳遞給質點1的動量：12反之，與此同時質點1給質點2的力則為單位時間內質點1傳遞給質點2的動量21比較以上兩式有：這就是牛頓第三定理。在現實問題中常常涉及到不止兩個質點。我們假設，動量是在各質點兩兩之間傳遞的，即只有兩體力（）。每位質點動量的降低，是所有其它質點傳遞給它的動量的矢量和。或則說，質點所受的力等于所有其它質點給它的力的矢量和：2112此式稱為力的獨立作用原理或力的疊加原理諸力作用于質點m——質點動量定律質點動量對時間的變化率等于作用于該質牛頓運動定理在精典熱學中，質點質量不變，由力的定義有牛頓第三定理1221斥力與反斥力之間有3.說明在電磁場中，牛頓第三定理不創立.但靜電場中電荷間的互相斥力滿足第三定理，由于靜電場的動量不變.(2)第三定理不涉及運動,不要求參考系是慣性的牛頓第二定理適用范圍:慣性參考系、質點及低速運動的宏觀物體.伽利略的相對性原理如圖O系相對于O系作等速直線運動，二者均為慣性參考系.O系中質點的運動有伽利略相對性原理——力學現象對一切慣性系來說，都遵照同樣的規律；或則說，在研究熱學規律時,一切慣性系都是等價的.O中測得的質點質量m，加速度和所受合力的關系為1221若在O系中有1221若在O系中亦有3.33.3.1主動力3.3.2被動力或約束反斥力我們在日常生活中碰到各類各樣的力，如重力、繩中的張力、摩擦力、地面的支撐力、空氣的阻力，等等。
從最基本的層次看，上述各類力屬于兩大范疇：（1）引力（這兒重力是惟一的反例），（2）電磁力（所有其它的力）。不要以為只有磨擦過的膠木棍吸引沙參球、磁石吸鐵才是電磁力，雖然繩中的張力、摩擦力、地面的支撐力、空氣的阻力等，從微觀上看，無不是原子、分子間電磁互相作用的宏觀表現。除引力、電磁力外，目前我們只曉得自然界還有另外兩種基本的力：（3）弱力（與個別放射性衰變有關），（4）強力（將原子核內質子和中子“膠合”在一起的力，以及強子內部更深層次的力）。因為后兩種力的力程太緊了，我們的感官不可能直接感遭到它們。這兒我們只介紹開頭列出的那幾種常見的力。一、主動力重力、彈簧彈性力、靜電力和洛倫磁力等有其“獨立自主”的方向和大小，不受質點所受其它力的影響，處于主動地位，稱主動力。二、被動力物體間的擠壓力、繩內張力和磨擦力往往沒有自己獨立自主的大小和方向，要看質點遭到的主動力及運動狀態而定，稱為被動力。主動力1.重力和重量重力——地球對物體斥力的總和.若將月球視為慣性系，則重力即是月球與物體的萬有引力.（重力）