牛頓力學屬于經(jīng)典力學的范疇，它以質(zhì)量點為研究對象，著重研究力的關系。牛頓力學使用更直觀的幾何方法，在解決簡單的力學問題時比分析力學更方便、更簡單。

牛頓力學

牛頓力學（Newtonian mechanics）以牛頓運動定律和重力定律（見重力）為基礎，研究速度遠低于光速的宏觀物體的運動規(guī)律。狹義相對論研究的是速度與光速相當?shù)奈矬w的運動，而量子力學研究的是微觀粒子的運動，如電子和質(zhì)子。牛頓力學在研究范圍上與相對論和量子力學不同，后者又是經(jīng)典力學的一部分。在牛頓之后，J.-L.拉格朗日和W.R.漢密爾頓發(fā)展了新的力學體系。

牛頓力學關注的是力和動量等量，這些量具有矢量性，牛頓方程也以矢量形式表達，所以牛頓力學可以稱為矢量力學；拉格朗日體系和漢密爾頓體系關注的是系統(tǒng)的能量，這些能量具有標量性，可以通過力學的變分原理建立系統(tǒng)的動力學方程，所以拉格朗日體系和漢密爾頓體系合在一起可以稱為分析力學。因此，就力學的方法和體系而言，牛頓力學與拉格朗日系統(tǒng)和漢密爾頓系統(tǒng)不同；但就經(jīng)典力學的基本原理而言，拉格朗日方程和漢密爾頓原理與牛頓定律是等同的。然而，漢密爾頓原理可以應用于更廣泛的物理現(xiàn)象。將拉格朗日系統(tǒng)和漢密爾頓系統(tǒng)（尤其是后者）應用于物理學和天體力學中廣泛使用的保守系統(tǒng)，有很大的優(yōu)勢。因此，這兩個系統(tǒng)的思想和方法對于天體力學的區(qū)域力學理論和經(jīng)典統(tǒng)計力學的理論研究都有較大的價值。

牛頓于1643年1月4日出生在英國林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1661年進入英國劍橋大學三一學院，1665年獲得文學士學位。1669年，他成為劍橋大學盧卡斯數(shù)學教授，這個職位一直到1701年。1696年，他成為皇家鑄幣廠的主管，并搬到了倫敦。1706年，他被安妮女王封為爵士。在他的晚年，牛頓致力于自然哲學和神學研究。他于1727年3月20日在倫敦去世，享年84歲。

注：牛頓生于儒略歷1642年12月25日，對應于公歷（陽歷）1643年1月4日，所以正確的出生日期是1月4日。

原產(chǎn)地

牛頓力學以牛頓運動定律為基礎，是在17世紀后發(fā)展起來的。牛頓力學是直接以牛頓運動定律為出發(fā)點，研究質(zhì)量系統(tǒng)的運動。艾薩克-牛頓爵士試圖用慣性和力的概念來描述所有物體的運動，并發(fā)現(xiàn)它們服從于明確的守恒定律。1687年，牛頓發(fā)表了《自然哲學的數(shù)學原理論》。在該書中，牛頓建立了三個運動定律，這些定律今天仍在描述力。

其他

牛頓力學包括許多方面，所有這些都與三個基本定律有關。

第一定律

內(nèi)容：所有物體如果不受任何力或合力為零，總是保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動。

解釋：所有物體都有保持靜止的趨勢，并以均勻的直線運動方式運動，因此，物體的運動狀態(tài)是由其運動速度決定的，沒有外力就不會改變。物體的這種特性被稱為慣性。由于這個原因，牛頓第一定律也被稱為慣性定律。第一定律還澄清了力的概念。它闡明了力是物體之間的相互作用，并指出正是這些力改變了物體的運動狀態(tài)。由于加速度描述的是物體運動狀態(tài)的變化，所以力與加速度而不是速度有關。如果你在日常生活中不注意這一點，你很容易產(chǎn)生錯誤的想法。

注意：牛頓第一定律并不適用于所有參考框架，而只適用于慣性框架。因此，它經(jīng)常被用作衡量一個參考系是否是慣性的標準。

第二定律

內(nèi)容：一個物體受到合力的作用，會產(chǎn)生與合力方向相同的加速度，其大小與合力的大小成正比，與物體的慣性質(zhì)量成反比。

公式：，F(xiàn)是綜合外力

牛頓第二定律定量地描述了一個力的作用，并定量地測量了一個物體的慣性量。它在本質(zhì)上是矢量的，并與之直接相關。

必須強調(diào)的是，物體上的非零外力組合產(chǎn)生的加速度會引起物體運動狀態(tài)或速度的變化，但這種變化與物體本身的運動狀態(tài)有關。

局限性。該法則只適用于宏觀物體的緩慢運動。

第三定律

內(nèi)容：在同一直線上的兩個物體之間的作用力和反作用力，大小相等，作用方向相反。

注意。

(1) 作用力和反作用力沒有優(yōu)先次序或順序。它們同時產(chǎn)生和消失。

(2) 這兩個力作用于不同的物體，不能相互抵消。

(3) 作用力和反作用力必須是同一類型。

(4) 與參照系無關。

一個質(zhì)量點的質(zhì)量m與它的速度v的乘積（mv）。動量是一個矢量，用符號p表示。一組質(zhì)量的動量是該組質(zhì)量的動量的向量和。一個物體的機械運動不是孤立發(fā)生的，而是在物體和周圍物體之間存在著相互作用；這種相互作用表現(xiàn)為運動物體和周圍物體之間機械運動的傳遞（或轉(zhuǎn)移）。這種轉(zhuǎn)移的結(jié)果是，兩者的總動量保持不變。從動力學的角度來看，力反映了動量轉(zhuǎn)移的快慢程度。像物理物體一樣，電磁場也有動量。例如，一個光子的動量，其中h是普朗克常數(shù)，k是波長，其大小（λ是波長）是在波的傳播方向。在國際單位制中，動量的單位是公斤/米/秒（kg-m/s）。

動量守恒定律

動量守恒定律是最早被發(fā)現(xiàn)的守恒定律之一，它起源于16和17世紀西歐哲學家對宇宙運動的哲學思考。

如果我們環(huán)顧四周，就會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)運動的物體都會停滯不前，比如一個彈跳的球，一個飛行的球，一個運行的鐘，一個運行的機器。似乎宇宙中運動的總量在減少。難道整個宇宙就像一臺機器，有一天會停滯不前？然而，幾個世紀以來對天體運動的觀察并沒有顯示出宇宙運動減少的證據(jù)。16、17世紀的許多哲學家認為，宇宙的整體運動并沒有減少，只要能找到一個合適的物理量來測量運動，整體運動就能保持下去。這個合適的物理量究竟是什么？

法國哲學家、數(shù)學家和物理學家笛卡爾提出，質(zhì)量和速度的乘積是一個適當?shù)奈锢砹俊５髞恚商m數(shù)學家和物理學家惠更斯（1629-1695）在研究碰撞時發(fā)現(xiàn)，根據(jù)笛卡爾的定義，兩個物體的運動總量在碰撞前后不一定守恒。

通過結(jié)合這些人的工作，牛頓對笛卡爾的定義做了一個重要的改變，即用質(zhì)量和速度的乘積來代替質(zhì)量和速度的乘積，從而找到了一個合適的物理量來衡量運動。牛頓在其1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中指出，一個方向的運動之和減去相反方向的運動之和，就是不因物體的相互作用而改變的運動量，兩個或多個物體的共同重心是一樣的。兩個或多個相互作用的物體的共同重心的運動狀態(tài)也不因這些物體之間的相互作用而改變，始終保持靜止或勻速直線運動。

動量守恒定律比牛頓的運動定律更全面適用

最近的科學實驗和理論分析表明，動量守恒定律在自然界中被觀察到，從天體之間的相互作用到基本粒子（如質(zhì)子和中子）之間的相互作用。因此，它是自然界中最重要和最普遍的客觀規(guī)律之一，比牛頓運動定律的適用范圍更廣。這里有一個例子，牛頓運動定律并不適用，但動量守恒定律卻適用。

當我們觀察光的發(fā)射和吸收時，我們看到這樣一種現(xiàn)象：在宇宙空間的某個地方，有時會突然出現(xiàn)非常明亮的光的發(fā)射，即超新星。但它很快就消逝了。這樣的超新星發(fā)出的光需要幾百萬年才能到達地球，而從超新星亮起到它熄滅的時間相比之下太短了。

當來自超新星的光照射到地球上時，它會給地球一個輕微的推力，而與此同時，地球卻不能給超新星一個輕微的推力，因為它已經(jīng)消失了。因此，如果我們想象一下地球和超新星之間的相互作用，它不是在同一時間有相同的大小和相反的方向。在這一點上，牛頓第三定律顯然已不再適用。

盡管如此，動量守恒定律是正確的。然而，我們還必須考慮到光。當一顆超新星發(fā)出光時，恒星反沖并獲得動量，而光則帶走了一個同樣大小和相反方向的沖力。當光在幾百萬年后到達地球時，光將其動量傳給了地球。應該注意的是，動量不僅可以由物理物體攜帶，而且可以與光輻射一起傳播。如果我們考慮到這一點，動量守恒定律仍然是有效的。

開啟一個新的時代

牛頓經(jīng)典力學體系的提出，為科學的發(fā)展開辟了一個新的天地和新的時代。經(jīng)典力學的廣泛傳播和應用，對人類的生活和思想產(chǎn)生了重大影響，在一定程度上促進了人類社會的發(fā)展和進步。但是，經(jīng)典力學固有的缺點和局限性，也在一定程度上阻礙了人類社會的進步，造成了負面效應。本文以經(jīng)典力學建立的背景為出發(fā)點，用辯證的方法進一步分析了經(jīng)典力學在人類歷史和現(xiàn)實中的作用和負面效應。

在17世紀的歐洲，通過眾多科學家的努力，英國科學家艾薩克-牛頓根據(jù)在天文學和力學中收集到的信息，成功地綜合了天體力學和地體力學，創(chuàng)建了一個統(tǒng)一的力學體系--經(jīng)典力學。經(jīng)典力學體系的建立是人類對自然和歷史認識的第一次偉大飛躍，也是開創(chuàng)了一個新時代的理論綜合，對科學的發(fā)展以及人類的生產(chǎn)、生活和思想產(chǎn)生了極為深刻的影響。牛頓經(jīng)典力學的建立是科學形態(tài)的重要變化，標志著現(xiàn)代理論自然科學的誕生，成為所有其他自然科學的典范。

條件的原因

牛頓的經(jīng)典力學體系的引入是由之前取得的科學成就促成的。哥白尼、伽利略、開普勒、笛卡爾等人在天文學、力學、光學和數(shù)學領域的貢獻為經(jīng)典力學奠定了堅實的基礎，尤其是伽利略和開普勒對牛頓經(jīng)典力學體系的引入產(chǎn)生了極為重要的影響。

通過對自由落體的研究，伽利略已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了慣性運動和重力作用下的勻加速運動，從而確立了牛頓第一和第二定律的基本思想。伽利略對拋物線運動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)也對牛頓的萬有引力學說產(chǎn)生了深遠影響。開普勒對行星運動規(guī)律的發(fā)現(xiàn)是牛頓萬有引力學說的最重要的前提條件。牛頓非常善于借鑒前人的科學成就，并以跨學科的方式使用它們。通過借鑒前人的科學成果，牛頓為經(jīng)典力學體系的建立奠定了基礎。

盡管經(jīng)典力學是建立在豐富的科學經(jīng)驗之上的，但它的起源卻與牛頓的個人原因密不可分。從年輕時起，牛頓就對科學有著極大的興趣，有著強烈的學習和研究欲望，他是一個非常勤奮的學生。但他從不死記硬背，他喜歡通過實驗來獲取真正的知識，并親手設計和制造了許多機械裝置和工具，這使他有了廣泛而堅實的知識基礎，同時也有了創(chuàng)新意識和實踐能力。雖然牛頓是個天才，有很高的智力水平，但他的天才也是基于他的勤奮。他對自己的研究非常專注，經(jīng)常日夜不停地工作。所有這些都培養(yǎng)和完善了牛頓的科學頭腦，為他今后的研究打下了堅實的基礎。

牛頓的經(jīng)典力學的建立也與他所處的時代和社會有關。經(jīng)過16世紀一百多年的宗教和政治大改革，歐洲在17世紀下半葉進入了一個政治平靜和經(jīng)濟繁榮的時期。17世紀下半葉，歐洲進入了一個政治平靜和經(jīng)濟繁榮的時期。生產(chǎn)實踐為機械學的研究提出了許多問題，為科學的發(fā)展提供了新的動力。經(jīng)過16世紀的宗教改革運動和17世紀中后期的資產(chǎn)階級革命運動，英國科學家擁有了此時世界上最自由的學術(shù)環(huán)境。這種學術(shù)環(huán)境的變化使力學研究擺脫了不必要的束縛，導致了經(jīng)典力學體系的出現(xiàn)。

個人因素、前人的經(jīng)驗、寬松的學術(shù)環(huán)境和生產(chǎn)實踐的發(fā)展構(gòu)成了經(jīng)典力學體系建立的前提和基礎。

不難預測，經(jīng)典力學的巨大成功將對人類社會的各個方面產(chǎn)生不可估量的影響。

(一)對自然概念的影響

牛頓經(jīng)典力學的成就是如此偉大，以至于它廣泛傳播，深刻地改變了人們對自然的看法。人們經(jīng)常用力學的尺度來衡量一切，用力學的原理來解釋一切自然現(xiàn)象，一切運動都歸因于機械運動，一切運動的原因都歸因于力，自然是一臺按照力學定律運動的機器。這種機械的自然哲學觀在當時是進步的。科學家探索自然規(guī)律是有益的，因為它把自然界中的行為理性歸結(jié)為自然規(guī)律本身的行為。它可以刺激分析和解剖學方法的使用，從觀察和實驗中獲得更多的經(jīng)驗材料，這是科學發(fā)展所必需的。然而，這種思維方式在一定程度上忽視了理論思維的作用以及事物之間的關系和發(fā)展，存在著嚴重的缺陷。

(二)對自然科學的影響

牛頓經(jīng)典力學的內(nèi)容和研究分析方法對自然環(huán)境科學，特別是物理學起了一個重大的推動社會作用，但也存在著消極因素影響。

牛頓的經(jīng)典力學系統(tǒng)和他的機械研究計劃的成功使得科學家們相信牛頓的經(jīng)典力學是整個物理學，甚至是所有自然科學的可靠的最終基礎。在很長一段時間里，牛頓的經(jīng)典自然哲學的數(shù)學原理成為科學家的標準，主導了當時自然科學的發(fā)展。他研究問題的科學方法和原則也得到了廣泛的贊賞和采用。牛頓研究經(jīng)典力學的科學方法論和認識論，例如，運用分析與綜合的方法，結(jié)合公理化方法和科學簡單性原則，尋求因果關系的相似性和統(tǒng)一性，在實驗的基礎上發(fā)現(xiàn)事物的普遍性，正確對待歸納結(jié)論，對后世科學的發(fā)展也產(chǎn)生了深遠的影響。

經(jīng)典力學不但對自然環(huán)境科學產(chǎn)生了一個很大影響，在社會主義科學技術(shù)方面，特別是對哲學和人類思想教育發(fā)展，也產(chǎn)生了重大問題影響。

在經(jīng)典力學的直接影響下，英國人托馬斯 · 霍布斯和羅克建立和發(fā)展了機械哲學，由于其強大的影響力，唯物主義從宗教神學中獲得了聲音，進而進入了人類歷史上唯物主義和唯心主義斗爭最激烈的時期。經(jīng)過康德和黑格爾對辯證法和機械哲學的研究和發(fā)展，以及馬克思主義和弗里德里希·恩格斯對現(xiàn)有哲學研究的吸收，結(jié)合當時的科學發(fā)展，最終確立了唯物辯證法。唯物辯證法的建立在很大程度上歸功于牛頓經(jīng)典力學體系的建立。

現(xiàn)代科學和哲學起源于經(jīng)典力學，牛頓經(jīng)典力學的確立，使人類的思想開始走向科學和現(xiàn)代化，對人類思想領域的影響極為廣泛和深遠。

事物總是辯證統(tǒng)一、一分為二的。雖然我國科學家在運用牛頓經(jīng)典力學分析方法及成果時使自然科學得到了一個長足進步發(fā)展，但當時社會人們在接受和運用牛頓的科學技術(shù)成果之時，沒有搞清它的適用范圍，也作出了不適當?shù)目浯蟆＠纾敵跤锌茖W家可以認為自己所有涉及到的物理學問題方面都可以歸結(jié)為不變的引力和斥力，因而只要把中國自然經(jīng)濟現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為力就行了。結(jié)果到后來，“力”成了對現(xiàn)象和規(guī)律缺乏正確認識的避難所，把當時已經(jīng)無法得到解釋的各種文化現(xiàn)象都冠以各種方式不同力的名稱。因此，牛頓經(jīng)典力學的內(nèi)容設計及其相關研究教學方法在推動企業(yè)自然環(huán)境科學管理發(fā)展的同時，也有產(chǎn)生了變化很大的消極因素影響。

偉大成就

經(jīng)典力學把人類對整個自然界的認識推進到一個新水平，牛頓把天上運動和地上運動統(tǒng)一起來，從力學上證明了自然界的統(tǒng)一性，這是人類認識自然歷史的第一次大飛躍和理論大綜合，它開辟了一個新時代，并對學科發(fā)展的進程以及后代科學家們產(chǎn)生了極其深刻的影響。

經(jīng)典力學的建立第一次明確了所有自然科學理論的基本特征，標志著現(xiàn)代理論自然科學的誕生，成為其他自然科學的典范。牛頓用歸納演繹、綜合分析的方法得到了一個完美的力學體系，被后人稱為科學美的典范，表明物理學家在研究物理時傾向于選擇一個和諧自洽的體系，追求最簡單最理想的形式。

經(jīng)典力學的建立對自然科學技術(shù)的發(fā)展和社會進步有著深遠的影響。將科學研究方法推廣到物理學的各個分支對于古典物理學的建立具有重要的意義，經(jīng)典力學與其他基礎科學的結(jié)合導致了許多跨學科的發(fā)展，促進了自然科學的進一步發(fā)展。第三，經(jīng)典力學廣泛應用于科學技術(shù)領域，促進了社會文明的發(fā)展。

經(jīng)典力學的應用受到物體運動速率的限制，當物體運動的速率接近真空中的光速時，經(jīng)典力學的許多觀念將發(fā)生重大變化。如經(jīng)典力學中認為物體的質(zhì)量不僅不變，并且與物體的速度或能量無關，但相對論研究則表明，物體的質(zhì)量將隨著運動速率的增加而增大，物體的質(zhì)量和能量之間存在著密切的聯(lián)系。但當物體運動的速度遠小于真空中的光速時，經(jīng)典力學仍然適用。

牛頓運動發(fā)展定律不適可以用于企業(yè)微觀領域中進行物質(zhì)文化結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)工作現(xiàn)象。19世紀和20世紀之交，物理學的三大發(fā)現(xiàn)，即X射線的發(fā)現(xiàn)、電子的發(fā)現(xiàn)和放射性的發(fā)現(xiàn)，使物理學的研究由宏觀經(jīng)濟領域開始進入一個微觀管理領域，特別是20世紀初量子理論力學的建立，出現(xiàn)了與經(jīng)典教育觀念以及不同的新觀念。不確定性，粒子的狀態(tài)只能用粒子在空間出現(xiàn)的概率來描述等。但量子力學的建立并不是對經(jīng)典力學的否定，對于宏觀物體的運動，量子現(xiàn)象并不顯著，經(jīng)典力學依然適用。

現(xiàn)代物理學的發(fā)展，并沒有使經(jīng)典力學失去存在的價值，只是拓寬了人們的視野，經(jīng)典力學仍將在它適用的范圍內(nèi)大放異彩。