牛顿第一定律是什么？

在伽利略与牛顿生活的时代之前，人们觉得所有的运动的物体都有减速的性质。但是这些人都没有考虑到摩擦，地球引力，以及空气阻力等等的改变物体速率的一些因素。如果我们可以在外太空观察物体的运动，我们可以将这些干扰排除并且了解物体运动的真正性质。在外太空，我们会发现物体的速率将是恒定的，直到外界的力对物体运动产生了影响。同样，如果某个物体本生没有速率 $(v=0)$‍, 那么它将停留在原地，直到有外界的力对它的运动产生了影响。

在以下的视频中，我们可以看到在国际空间站里所有的物体都相对空间站保持着它们原有的速率，直到被外界的力所影响。

物体的速率只有受到力的影响才会改变的这个概念可以在牛顿第一运动定律中找到。

牛顿第一运动定律：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

保持是一个很关键的动词。同时，这个规律可以被看作成物体运动的定义。 牛顿第一运动定律说明了物体运动中所有速率的变化，无论是方向上的还是速度上的，都需有外界的力导致。一个物体在地上滑行时，摩擦力会使它减速。但是在气垫球桌上, 球桌喷出的空气可以使球悬空, 在没有摩擦力的环境下就可以基本保持原有的速率，直到外界的力对它产生了影响，例如，与边界产生了碰撞。

力代表着一个物体对另一个物体产生的推/拉力。力的单位，$F$‍，是牛顿或 $\text{N}$‍。

外力 是物体外部对物体产生的力，而不是物体自身产生的力。比方说, 地球对月亮产生的引力是对月亮的外力。但是月体对月亮表壳的引力则是月亮自身的力。一个系统自身的力不会对其系统的运动产生影响.

对某物体的净力可以被写作 $\mathrm{\Sigma }F$‍。如果有好多不同的力影响着一个物体，净力将是这些力的和。但是要当心: 因为 $F$‍ 是一个矢量, 要找出 $\mathrm{\Sigma }F$‍, 这些力也需要像矢量一样相加。

打个比方说，如果一盒速冻的大饼在受到向右 $45$‍ 牛顿的力的同时也受到向左 $30$‍ 牛顿的力。横向的净力将会是:

牛顿第一运动定律指出，如果一个物体所受到的净力为零 ($\mathrm{\Sigma }F=0$‍), 那么这个物体的加速度将会是零。这不一定意味着物体没有在运动，而只是它的速度没有产生变化。换句话说，如果原先没有任何的速度，物体将保留在原地，如果原先有一定的速度，物体将以同样的速度匀速移动。

那盒大饼如果同时受到了 $45$‍ 牛顿向左与向右的力，那么净力会是零。这盒大饼如果原来已经在运动中，它将会以原有的速度保持匀速运动。如果原本它没有动，它还是会停留在原地。

导致物体保持原速度的性质叫做惯性。牛顿第一运动定律也可以叫做惯性定律。现实生活中也可以看出，有些物体有更多的惯性。要阻止一块大石头的运动会比阻止一个篮球的运动难得多。

一个物体所拥有的惯性与它的质量有关。从物体加速中就可以看出，越重的东西就越难加速。

一件东西里有越多的物质，它的重量就越大，改变它速度的难度也就越大。

一个太空探索器正在远离任何引力干扰的太空中匀速的向右移动，离子推进器在关的状态。如果两侧的离子推进器同时打开，并且向左/右产生的推力相同，探测器的运动会发生什么样的变化?

a. 探测器会维持原速做匀速运动。
b. 探测器会加速。
c. 探测器会减速，直到停止运动。
d. 探测器会立刻停止运动。

正确答案为 a。牛顿第一运动定律中说到，必须有一个非零的净力才能改变某物体的速度。因为向左与向右的力互相抵消，探测器所受到的净力为零，所以探测器的速度没有改变。

一个电梯正在在缆绳的拉力下向上匀速行驶。在电梯向上匀速行驶的同时，地心引力也在将电梯往下拉。比较此情景中缆绳向上的拉力 $F_c$‍ 与引力向下的拉力 $F_g$‍ 的幅度。

a. $F_c>F_g$‍。
b. $F_c=F_g$‍。
c. $F_c<F_g$‍。
d. $F_c$‍ 可能大于或小于 $F_g$‍, 需要知道电梯的重量。

正确答案为 b. 如果电梯正在以匀速向上运动, 那么它所受到的净力为零。这意味着向上的力必须与向下的力幅度相等并互相抵消。

一个太空探索器正在远离任何引力干扰的太空中匀速的向右移动，离子推进器在关的状态。如图，如果一侧的推进器打开了很短一段时间，推进器关闭后探索器的运动方向可以被哪个轨迹代表?

a. 轨迹 a
b. 轨迹 b
c. 轨迹 c
d. 轨迹 d

正确答案为 c. 在推进器关闭后，探测器将不再受到任何净力的影响。当净力为零时，速度 (速率以及方向) 必须保持一致。牛顿第一运动定律告诉了我们探测器将以直线匀速运动。纵方向的力不会对横向的速率产生影响，它只改变了纵向的速率。横向与纵向的均匀速率相加会导致一道斜线。