【种花家务·物理】1-08-02牛顿定律的适用范围『数理化自学丛书6677版』

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第八章牛顿第三运动定律

【山话||  本篇专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；而老教材中的重量单位公斤，如今是用力单位牛顿表示】

§8-2牛顿定律的适用范围

【01】二百多年以来，力学在牛顿定律的基础上不断地发展着，并且逐步趋向于完善，形成了一门具有丰富内容的学科，在科学研究和生产技术上起了很大的作用。利用牛顿定律来解决实际问题，结果总和实际情况相符合，这就是牛顿定律的正确性的最有力的证明。

【02】建立在牛顿定律基础上的力学，人们都叫它为牛顿力学或经典力学。

【03】但是，最近五十年以来，由于科学技术的发展，人们发现在下面的两种情况下，牛顿定律不再适用。

【04】第一，当物体运动的速度很大，大到接近光在真空中的速度每秒三十万公里的时候，牛顿定律便不能适用。原因之一是牛顿的质量概念还不够全面。解决这种高速度物体的力学问题，要用二十世纪初爱因斯坦所提出的相对论力学。

【05】按照牛顿的看法，物体的质量是不变的，自从上世纪末发现电子以后，又陆续发现许多微观粒子如质子、中子、正电子等，实验测得这些微观粒子的质量并不是一个恒量，而是随着它们速度的变化而改变的。爱因斯坦把它们的关系用下列数学公式来表示：，式中m是物体以速度v运动时的质量，m₀是物体静止时的质量（称为静质量），c是光的速度，等于3×10⁸米/秒。所以，物体的质量是随着速度趋近于光速而相应地增大。

可是，在日常生活和生产技术上所遇到的一些实际问题中，物体的运动速度总是远小于光速，例如我们一般能够测量到的最快的速度是彗星的速度，但是也不超过10⁵米/秒。这样，因此，质量的变化是很小的，而且几乎可以认为是没有变化。再如速度最大的炮弹也不过3000米/秒，因此，质量的变化就更小了，由此可见，对于我们在日常生活中所接触到的物体来讲，质量的变化是微不足道的，这一点根据牛顿的观点，即质量不变的观点，仍能得到正确的结果。所以，在这种情况下，牛顿定律是适用的。但是当物体的运动速度很大（大到接近光速的时候），它的质量也就变得远大于静质量了，因此在这里牛顿定律就不再适用了。

【06】第二，牛顿定律是从那些由大量原子、分子组成的物体的运动情况中总结出来的。所以对于电子、质子、中子等这种构成原子的基本微粒之间的相互作用来说，牛顿定律也不再适用。对于这种基本微粒之间相互作用的力学问题，将由另一种力学叫做量子力学来解决。

【07】相对论力学和量子力学是近代物理学中的重要内容，它们更深刻地反映了物质运动的规律。