概述

牛顿第一定律表明，除非有外力施加，物体的运动速度不会改变。换句话说，假若施加于物体的合外力为零，则物体的运动速度为常数。以方程表达，

其中， F i {\displaystyle \mathbf {F} _{i}} 是第 i {\displaystyle i} 个外力， v {\displaystyle \mathbf {v} } 是速度， t {\displaystyle t} 是时间。

根据这定律，

静止的物体会保持静止，除非有合外力施加于这物体。

运动中的物体不会改变其速度，除非有合外力施加于这物体。注意到速度是个矢量，物体运动速度的大小与方向都不会改变。

牛顿和几位学者的论述

亚里斯多德认为，在宇宙里，所有物体都有其“自然位置”──处于完美状态的位置。物体会固定不动于其自然位置。被移离其自然位置的物体，会倾向于回返其自然位置。这是因为物体倾向于完美状态的位置。因此，像石头一类的重物体倾向于朝着地面移动，像烟灰一类的轻物质倾向于朝着包含月亮在内的区域移动。亚里斯多德仔细地区分了两种运动，“自然运动”与“暴烈运动”（英文翻译violent motion）。重物体的自由坠落是一种自然运动，而发射体的运动则是非自然运动。处于自然位置的物体倾向于固定不动，只有施加“暴烈力”（英文翻译violent），才能将物体移离其自然位置。所有暴烈运动都不具有永久性，迟早会终止结束。为了维持暴烈运动，必需继续地施加暴烈力于物体，使其移离自然位置。

伽利略用来检验惯性定律的斜面实验。

伽利略·伽利莱的想法大不相同。伽利略主张，只有施加外力，才能改变物体速度；维持物体速度不变，不需要任何外力。为了证实他的主张是正确的，伽利略做了一个实验。如右图所示，让静止的小球从点A滚下斜面AB，滚到最底端后，小球又会滚上斜面BC，假设两块斜面都非常的平滑、摩擦系数超小，而且空气阻力微弱，则小球会滚到与点A同高度的点C；假设斜面是BD、BE或BF，小球也同样地会滚到与点A同高度的位置；假设斜面是水平面BH，则该小球永远不能滚到先前的高度，因此会不停地呈匀速直线运动。伽利略于是总结，运动中的物体会持续地以匀速直线运动，假若不碰到任何阻碍。 这一个理论刚被提出时不被其他学者接受，因为当时大多数学者不了解摩擦力与空气阻力的本质，不过伽利略的实验以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，更深刻地反应了自然规律。

物理泰斗艾萨克·牛顿。

伽利略的点子导致牛顿的第一定律──不施加外力，则没有加速度，因此物体会维持速度不变。牛顿将第一定律的点子归功于伽利略。第一定律其实是伽利略所提出的惯性定律的再次陈述。 原版第一定律的英文翻译为

中文翻译为

紧接在写出第一定律后，牛顿开始描述他所观察到的各种物体的自然运动。像飞箭、飞石一类的发射体，假若不被空气的阻力抗拒，不被引力吸引墬落，它们会持续不停地运动。像陀螺一类的旋转体，假若不受到地面的摩擦力损耗，它们会永久不息地旋转。像行星、彗星一类的星体，移动于阻力较小的自由空间，会更长时期地维持它们的运动轨道。在这里，牛顿并没有提到第一定律与惯性参考系之间的关系，他所专注的问题是，为什么在一般观察中，运动中的物体最终会停止运动？他认为原因是有空气阻力、地面摩擦力等等作用于物体。假若这些力不存在，则运动中的物体会永远不停的做匀速运动。这点子是很重要的突破，需要极仔细的分析与极丰富的想像才能研究出这点子。

好几位其它自然哲学家与科学家似乎分别独立地想出了惯性定律。 十七世纪哲学家勒内·笛卡儿也曾经提出惯性定律，虽然他没有做出任何实验来证实这定律的正确性。

惯性参考系

当描述物体运动时，只有相对于特定的物体、观察者或者时空坐标，才能确实显示出其物理行为。这些特定的标识称为参考系。假若选择了不适当的参考系，则相关的运动定律可能会比较复杂，在惯性参考系中，力学定律会展现出最简单的形式。 从惯性参考系观察，任何呈匀速直线运动的参考系，也都是惯性参考系，否则是“非惯性参考系” 。换句话说，牛顿定律满足 伽利略不变性 ，即在所有惯性参考系里，牛顿定律都保持不变 。

牛顿阐述第一定律的方式很值得一提，他将第一定律建立在一个所谓的绝对时空——不依赖于外界任何事物而独自存在的参考系。 绝对时空是一个地位独特的绝对参考系。在绝对时空中，物体具有保持原来运动状态的性质。这性质称为惯性。因此，第一定律又称为 惯性定律 。但以现代物理学的观点看来，并不存在一个地位独特的绝对参考系。

在牛顿时期， 固定星体 时常被用为参考系，这是因为，相对于绝对空间，它们大致静止不动。在那些相对于固定星体呈静止不动或匀速直线运动的参考系中，牛顿运动定律被认为正确无误。但是，学者们现在知道，固定星体并不是固定不动。在银河系内的固定星体会随着整个星系旋转，显示出自行；而那些在银河系外的固定星体会从事它们自己的运动，这可能是因为 宇宙膨胀 、本动速度等等。 现在，惯性参考系的概念不再倚赖绝对空间或固定星体。替而代之，根据在某参考系中物理定律的简易性质，学者可以辨识这参考系是否为惯性参考系。更确切而言，假若 虚设力 不存在，则这参考系是惯性参考系；否则，不是惯性参考系。

实际而言，虽然不是必要条件，选择以固定星体来近似惯性参考系，这动作造成的误差相当微小。例如，地球绕着太阳的公转所产生的离心力，比太阳绕着银河系中心的公转所产生的离心力，要大三千万倍。 所以，在研究太阳系中星体的运动时，太阳是一个很好的惯性参考系。

参阅

"> 播放媒体 麻省理工学院物瓦尔特·列文·列文（ Walter Lewin ）讲解牛顿第一定律与参考系。 (MIT Course 8.01)

牛顿运动定律

物理学定律列表

参考文献

Newton, Isaac,Newton"s Principia : the mathematical principles of natural philosophy, New York: Daniel Adee, 1846 请上网阅读作者Andrew Motte的英文翻译。

Dugas, R., A History Of Mechanics, New York: Dover Publications, Inc., 1988, ISBN 0-486-65632-2

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