艾萨克·牛顿（Isaac Newton）凭借他的三大运动定律，为经典力学奠定了基础。他还制定了引力理论，以及他对科学和数学的许多其他贡献。
除了著名的等式 E = m × c² 之外，F = ma 是物理学中最著名的方程之一。许多人仍然对这个简单的代数表达式感到困惑。它实际上是牛顿第二运动定律的数学表示，是这位伟大科学家的重要贡献之一。经典力学中的“第二”意味着存在其他定律，幸运的是，对于各地的学生和知识爱好者来说，只有两个额外的运动定律。它们在这里：
- 每个物体都保持其静止状态或匀速运动状态，除非有外力改变该状态。
- 力等于动量随时间的变化。对于恒定质量，力等于质量乘以加速度。
- 对于每一个动作，都有一个相等且相反的反应。
这三个定律构成了经典力学的基石，无论是关于地面上的物体还是太空中的，都适用。比如，运动中的物体可以是绕轨道运行的卫星或行星，也可以是地球表面上的普通物体，如移动的车辆或飞驰的。
经典力学在描述非常小的物体（如电子）的运动时开始失效。为了描述物体在原子和亚原子水平上的行为，物理学家创造了一种新的范式，称为量子力学。
我们将从理论和实践的角度详细检查牛顿三定律的每一个。我们还将讨论牛顿定律的历史背景，因为他得出结论的方式与结论本身一样重要。我们将从牛顿第一定律开始。
目录：
- 牛顿第一定律（惯性定律）
- 牛顿定律简史
- 牛顿第二定律（运动定律）
- 牛顿第三定律（力偶定律）
- 牛顿定律的应用和局限性
根据牛顿第一定律，底部斜坡上的大理石会继续前进，这与其所受的惯性有关。
让我们用日常术语重述一下牛顿第一定律：一个静止的物体将保持静止，除非有外力推动或拉动它。一个正在运动的物体将沿直线行进，直到有净外力改变其运动方向。
想象三个坡道，其中一个坡道略微倾斜，斜坡无限长且平滑。你让一个弹珠从第一个斜坡上滚下来，它会加速前进。这就是惯性的一个例子。惯性描述了物体抵抗其运动状态变化的趋势。
物理学家使用术语“惯性”来描述这一现象。惯性的词根与“惰性”的词根相同，都意味着缺乏移动的能力。你可以看到科学家是如何给这个概念命名的。更神奇的是，他们想出了这个概念。惯性不是立即显现的物理属性，如长度或体积。它与物体的质量有关。要了解如何做到这一点，请考虑相扑选手和下图所示的男孩的质量差异。
假设左边的摔跤手的质量为 136 公斤，而右边的男孩的质量为 30 公斤（科学家以公斤为单位衡量质量）。请记住，相扑的目的是让对手离开他的位置。在这个例子中，哪个人更容易被移动？常识告诉你，男孩会更容易被移动或更有惯性。
你一直在行驶的汽车中体验惯性。安全带存在于汽车中正是为了抵消惯性的影响。想象一下测试跑道上的汽车以 55 英里/小时（80 公里/小时）的速度行驶。现在想象一下测试跑道上的假人在汽车前排座位上，如果汽车撞到墙上，假人会向前飞到仪表板上。
为什么？因为根据牛顿第一定律，运动中的物体将保持其运动状态，直到有外力作用于它。当汽车撞到墙上时，假人会保持直线并以恒定速度移动，直到仪表板施加力。安全带将假人（和乘客）压低，保护他们免受自身惯性的影响。
有趣的是，不是所有科学家都直接提出惯性定律。这一荣誉归于如伽利略和勒内·笛卡尔等科学家。事实上，前面描述的大理石和斜坡思想实验应归功于伽利略。牛顿在很大程度上要归功于他之前的事件和人物。
此图显示了哥白尼的
提及的F，它代表着质量m1与质量m2之间的重力。而G作为普适常数，始终维系着两者间的引力关系。r则指代两个质量中心之间的距离。
在科学的历史长河中，众多学科的科学家们对牛顿运动定律进行了详尽的测试，结果发现其具有无可比拟的预测性和可靠性。万事万物皆有例外，牛顿物理学也有其局限性。我们所知的两个例外情形尤为引人注目。其一涉及以光速或接近光速行进的物体，这些情况超出了牛顿力学的范畴。其二则是当牛顿定律被应用于微观世界，如量子力学领域的原子和亚原子粒子时。
对于前者，尽管我们已有所认识，但仍需进一步探索其深层次的物理机制。而对于后者，我们正面临着对微观世界更为复杂的理解和解释的挑战。这两个问题都是科学探索的热点，它们激发着我们去更深入地探索宇宙的奥秘。