基础物理学| 牛顿运动定律
在介绍牛顿运动定律之前先说说力这个基本物理概念
力（Force）
相信你在日常生活中早已接触了力这个概念了，按照生活经验，力有方向和大小在物理学中也是如此。在物理学中，力描述了能够改变物体运动状态或形状的作用。力是一个矢量量，意味着它不仅有大小，还有方向。单位是N 读作 “牛”或者“牛顿”，这么命名是为了纪念牛顿这一伟大的物理学家。
牛顿运动定律
牛顿的三大运动定律通常被称为牛顿运动定律，它们是经典力学的基础，事实上牛顿运动定律不仅仅在质点力学中成立，在所有的经典力学中都成立。
牛顿第一定律
惯性定律：物体的运动状态将始终保持其静止状态或匀速直线运动状态，除非外力迫使它改变这种状态。
简单说就是：物体会保持其运动状态不变，除非有外力作用。
但是你可能会想：保持静止这个好理解，但是你在现实生活中从来没有见过一个物体可以始终匀速直线运动。那是因为现实生活中始终存在阻力使物体停下，在理想条件下物体是可以保持匀速直线运动的。
牛顿第二定律
加速度定律：物体的加速度与作用于此物体上的合外力成正比，与物体质量成反比。加速度的方向与合外力的方向相同。
$$ \vec{F}=m\vec{a} $$
简单说就是：力等于质量乘以加速度 或 加速度与力成正比，与质量成反比。
你试想一个物体在桌子上，你推动这个物体给物体施加了一个力，作用在物体上的所有的外力合成了一个在水平方向上有分量的力使得物体在水平方向上具有加速度，加速度使物体的速度发生改变，物体具有速度就代表物体移动了。
牛顿第三定律
作用与反作用定律：对于每一个作用力，总有一个大小相等、方向相反的反作用力。换句话说，两个物体之间的相互作用总是成对出现，且这两个力分别作用在不同的物体上。
$$ \vec{F'}=-\vec{F} $$
简单说就是：作用力和反作用力相等且方向相反。牢记：所有的力在惯性参考系（接下来会介绍）下都是相互的。
这些定律共同描述了力和运动之间的关系，并为分析物体如何响应施加在其上的力提供了框架。
惯性参考系与非惯性参考系
惯性参考系和非惯性参考系是物理学中用来描述物体运动的两种不同类型的参考系。它们之间的区别主要在于是否需要引入所谓的“惯性力”来解释观察到的物体运动。
惯性参考系
定义：惯性参考系是一个不受外力作用或所受合外力为零的参考系，在这种参考系中，牛顿第一定律（即惯性定律）成立。这意味着如果一个物体不受外力作用，它将保持静止状态或者以恒定速度直线运动。
特点：
在惯性参考系中，牛顿运动定律直接适用。
没有需要引入虚构的力（惯性力）来解释物体的运动。[注：后面也会介绍一些虚构的力]
例如，地面（在大多数情况下可以近似看作惯性参考系）、在太空中远离任何大质量天体的飞船等。
非惯性参考系
定义：非惯性参考系是指具有加速度的参考系，包括旋转、加速或减速的系统。在这种参考系中，牛顿第一定律不再直接适用，因为即使没有实际的外力作用，物体也会表现出加速运动。
特点：物体在非惯性参考系中的运动不能仅用实际作用于其上的力来解释，还需要引入惯性力（如离心力、科里奥利力（地转偏向力）等）来补偿参考系自身的加速度。
惯性力不是由物理接触或其他基本相互作用引起的，而是由于选择了一个加速的参考系。
例如，旋转木马、正在加速或刹车的汽车、地球表面（因为地球自转而具有一定的角速度，因此严格来说不是惯性参考系，必要时引入一个虚构的力（地转偏向力）来解释物体的运动）。
区分方法：
要区分一个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系，可以通过观察封闭系统内物体的行为。如果在一个封闭的车厢内，你看到物体自发地改变其运动状态（比如突然开始移动或改变方向），而没有任何可识别的外力作用，那么这个参考系很可能是非惯性参考系。
在日常生活中，我们经常使用近似的惯性参考系进行物理分析，尽管实际上很多情况下这些参考系可能有轻微的非惯性效应，比如地球的自转。对于大多数日常应用，这些微小的影响通常是可以忽略不计的。然而，在精确测量或高速度、高精度的物理实验中，必须考虑这些因素。
相对性原理
该原理由伽利略·伽利莱提出，指出物理定律在所有惯性参照系中都是相同的。这意味着，如果你在一个没有加速度的封闭车厢内进行物理实验，你无法通过任何机械实验来确定这个车厢是否在移动或者它是静止的，只要你所在的参照系是惯性参照系（即不加速或减速）。换句话说，所有的惯性参照系对于描述物理现象都是等价的。
伽利略变换
上一篇文章中指出了相对运动的概念，在不同参考系下物体的位置可能不同，我们希望将其他参考系S‘下的物体的左边转化到在另一个参考系S下，通过伽利略变换就可以做到这一点：
$$ \begin{array}{c} 假设参考系S'相对于参考系S以速度v=(v_{x},v_{y},v_{z})运动\\ S'在t'=t-t_{0}运动，S系在t_{0}时运动，\\ 且在t时S'系相对于S系有一个初始位移r_{0}=(x_{0},y_{0},z_{0})\\ 物体在S系下的时空为(x,y,z,t)在S'系下的坐标为(x',y',z',t')\\ 如果S系与S'系在不同时刻运动\\ 则伽利略变换：\\ t = t'+t_{0}\\ x = x'+v_{x}t+x_{0}\\ y = y'+v_{y}t+y_{0}\\ z = z'+v_{z}t+z_{0}\\ v=v'\\ a=a' \end{array} $$
*受力分析（矢量分析）
由于我们现在是物理小白，所以接触的都是矢量力学，在矢量力学中受力分析是分析物体受力的基本方法，接下来介绍几个简单的受力分析模型。
模型1：在地球上一个物体静止在一个光滑的地面上，受到两个力一个重力G，和地面的支持力。进一步分析 物体受到重力是由于万有引力定律（后面会详细介绍）的存在，地球对物体有一个引力根据牛顿第三定律，物体对地球也有一个引力；物体受到支持力是由于在重力的作用下会有一个向着地心运动的趋势，而物体不可穿透（后面会详细说明物体为什么不可穿透），这种不可穿透性使得物体对地面有一个力，根据牛顿第三定律，地面也会给物体一个等大反向的力，这个力就是支持力N
模型2：在地球上有两个物体，一个物体较大称为物体A，一个物体较小称为物体B，物体A静止在光滑的地面上，物体B物体放在较大的物体上方。由于两个物体都在地球上，都会受到重力分别是G1，G2。同样由于刚性物体的不可穿透性两个物体都会受到支持力分别是N1，N2。
模型3：在地球上有两个物体，长木板被静止放在光滑的地面上，小木块以v的速度无碰撞的滑上长木板，此时两个物体不仅会受到支持力重力还会受到摩擦力，摩擦力总是阻碍物体的运动状态发生改变。
