什么是牛顿第一运动定律?
冰球、茶与运动

嗒。你的冰球杆停下了。冰球却没有。它嗖地滑过冰面,好像有个更好的地方等着它去。是什么在继续推它呢?根本不需要有什么继续推!运动中的物体不需要一直被推着才能继续前进。这一点小小的惊喜,能帮我们解释一次漂亮的传球、一次平稳的送茶,还有一艘航天器那场格外漫长的告别。

滑行的规则
艾萨克·牛顿的第一运动定律告诉我们会发生什么。除非有不平衡的力作用在物体上,否则它会保持静止,或者以相同的速率沿直线继续运动。力就是推或拉。“不平衡”意味着这些推力和拉力没有相互抵消。你的球杆让冰球开始运动时,就施加了这样的力。球杆一离开,冰球就继续赶赴约会。

托住了,还在滑
可是,重力在向下拉。冰球为什么不会穿过冰面沉下去呢?冰面向上推,平衡了重力向下的拉力。这些力不会改变它在上下方向的运动。托住它,并不会自动让它停止横向滑行。这种保持原有运动或保持静止的倾向,叫作惯性。没有秘密马达。也不是靠决心。物体就是这样表现的。

短得多的旅程
不过,冰球最终还是会慢下来。是它的运动用完了吗?不是:我们忘了摩擦力,它是一种阻碍相互接触的表面之间滑动的力。在冰面上,摩擦力很小。在地毯上,摩擦力大得多。让冰球以同样的初始速率滑过地毯,它的宏大旅程就变成了短短的一小段挪动。摩擦力是我们忘记了的隐藏刹车;空气也会阻碍它的运动。

轻推一下,朝向球网
回到冰面上,下一次传球正朝着球门旁边滑去。一位队友用球杆改变了它的方向。啊哈,即使速率不变,转向也算改变运动。这同样需要不平衡的力。牛顿定律能帮你瞄准:冰球可不会仅仅因为球门看起来很诱人,就自己拐弯。

茶旁来了意外乘客
练习结束了。冰球坐上托盘,旁边是一大杯茶。托盘猛地一动,茶杯咔嗒作响,冰球向后滑去。摩擦力还没来得及带着它们一起走,托盘就在它们下面先动了。起步柔和一些,就能给摩擦力留出时间,让它们一起加速。我们的隐藏刹车还有另一份工作:帮忙送茶。

越过冰与空气
练习后喝茶时,大家聊起了能想象到的最长传球。旅行者号探测器已经在太空中滑行了几十年,并没有发动机不断推着它们向前。那里几乎没有空气让它们减速。引力仍在改变它们的运动,所以它们的旅程并不是以恒定速率沿完全笔直的路线滑行。不过,仅仅为了继续运动,它们并不需要燃料。没有什么宇宙地毯会让这趟旅行结束。

平安抵达
托盘来到桌上,轻轻停下。摩擦力让茶杯和冰球也跟着一起减速。这就是牛顿第一定律在起作用:保持静止,或沿直线匀速运动,都不需要不平衡的力。开始运动、停止、加速、减速或转向,才需要。这样,你就能引导传球,也能送茶而不让茶水晃荡。冰球静静地待在茶杯旁。看来,这就是它约好的地方。