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牛顿在1687年发表的《自然哲学的数学原理》是物理学史上最重要的著作之一。在这本书中,牛顿定义了三个基本概念:物质的量也就是我们现在说的质量,运动的量也就是动量,以及物体的惯性。这些概念为经典力学奠定了基础。
物质的量,也就是我们现在说的质量,是物质多少的度量。牛顿给出的计算公式是质量等于密度乘以体积。如果一个物体的体积变成两倍,密度也变成两倍,那么它的质量就会变成原来的四倍。这个概念帮助我们理解物体的惯性和重量都与质量成正比。
运动的量,也就是我们现在说的动量,是运动程度的度量。计算公式是动量等于质量乘以速度。如果物体的质量不变而速度增加一倍,动量就增加一倍。如果质量和速度都增加一倍,动量就会增加四倍。这个概念帮助我们理解物体运动状态的变化。
惯性是物体固有的力学性质,它使物体抵抗运动状态的改变。静止的物体倾向于保持静止,运动的物体倾向于保持匀速直线运动。惯性的大小与物体的质量成正比,质量越大的物体惯性越大,要改变它的运动状态就需要更大的力。这就是为什么推动重物比推动轻物更困难的原因。
总结一下,牛顿在《自然哲学的数学原理》中定义的这三个基本概念相互关联:质量决定了物体的惯性大小,质量乘以速度得到动量,而惯性使物体抵抗运动状态的改变。这些看似简单的定义,实际上为牛顿三大定律和整个经典力学体系奠定了坚实的基础,至今仍在物理学中发挥着重要作用。