牛顿力学

以牛顿运动定律等为基础的定律
牛顿力学(Newton mechanics)属于经典力学范畴,是以质点作为研究对象,着眼于力的作用关系,在处理质点系统问题时,强调分别考虑各个质点所受的力,然后来推断整个质点系统的运动状态,客观地反映出了宏观物体低速运动的规律。[1]
牛顿力学认为质量和能量是相互独立且各自守恒的;该理论仅适用于惯性参照系下物体的运动;在解决简单的力学问题时,牛顿力学更倾向于采用直观的几何方法,相较于分析力学更为便捷简单。[2]
牛顿力学体系建立于17世纪中叶,此后,力学概念被广泛应用在物理学科中,它客观地反映出了宏观物体低速运动的规律,是人类对自然界认知的飞跃。[1]牛顿力学是物理学基础,具有广泛适用性,可推广到经典物理和工程学等领域,派生出天体力学工程力学生物力学等分支,对社会进步发展至关重要。[3]

定义

牛顿力学(Newtonianmechanics)以牛顿运动定律万有引力定律(见万有引力)为基础,研究速度远小于光速的宏观物体的运动规律。狭义相对论研究速度能与光速比拟的物体的运动,量子力学研究电子质子微观粒子的运动。从研究的范畴来说,牛顿力学同相对论和量子力学相区别,牛顿力学是经典力学的组成部分。继I.牛顿以后,J.-L.拉格朗日和W.R.哈密顿相继发展了新的力学体系。牛顿力学所着重的量如力、动量等都具有矢量性质,而且牛顿方程是用矢量形式表达的,故牛顿力学可称为矢量力学;拉格朗日体系和哈密顿体系所着重的量是系统的能,它具有标量的性质,可以通过力学的变分原理建立系统的动力学方程,故拉格朗日体系和哈密顿体系等可统称为分析力学。因此,从力学的研究方法和体系来说,牛顿力学同拉格朗日体系和哈密顿体系相区别;但从经典力学的基本原理来说,拉格朗日方程哈密顿原理同牛顿定律是等价的。然而,哈密顿原理能应用于较广泛的物理现象。将拉格朗日体系和哈密顿体系(尤其是后者)应用于物理学和天体力学中广泛出现的保守系统,有极大的优点。例如,这两个体系的观点和方法对天体力学的摄动理论和经典统计力学的理论性研究有较大价值。