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力的概念在牛顿力学中占有!根本的位置。牛顿在1664年就提出了力的定义是动量的时间变率(动量等于质量乘速度)。牛顿**定律(惯性定律)是力的定性的定义,它给出力在什么条件下存在和什么条件下不存在的定性条件。牛顿第二定律给出了力的定量的定义,即力等于动量的时间变率;如果质量不变,力也等于质量乘加速度。牛顿第三定律指出,对于每一个力而言,!有一大小相等方向相反的反作用力存在。它指出所有的力都是成对的,只在两个物体相互作用时才能实现(见牛顿运动定律)。
牛顿的万有引力理论的惊人成就,使!距作用力的概念推广到物理学的其他分支中去。但是,牛顿并不能从物理上说清!距作用的实质,所以长期受到各方的严厉批评,直到A.爱因斯坦于1905年提出狭义相对论,指出一切物理作用传播的!大速度是光速以后,人们才认识到牛顿有关!距作用力的概念有!大的局限性。爱因斯坦1915年在他的广义相对论里明确指出,万有引力的传播速度不可能大于光速。
在历史上,有许多科学家和哲学家曾指出,牛顿力学中的力的概念只是一种方法论性质的工具,或是一种形而上学的东西。G.R基尔霍夫、H.B.赫兹和E.马赫都认为牛顿的力的概念很难说明力的实质,但都肯定力是一种计算用的量,代表质量和加速度的积。当然,牛顿提出的力的概念对科学进展的贡献很大:没有这种概念,物理就会失掉理论的连贯一致性。
力的单位牛顿第二定律既可以看作是质量的定义,也可以看作是力的定义。前者把力看作是基本量,把质量看作是第二定律的导出量;后者则反之。
我们把长度单位定义为标准衡器在两点之间的距离,或用特定的光谱线波长来度量。同样,时间可以用标准运动的周期。如地球公转周期,时钟的摆动周期,或分子的振动周期来衡量。利用这种长度和时间的单位,我们就能给出速度和加速度的定义和度量。现在,我们通过两种途径探讨牛顿第二定律,即**制和引力制。在**制中,我们引进标准物体的质量为单位质量,从而根据第二定律,把单位质量产生单位加速度的力作为单位力。其他质量原则上可以和标准单位质量相比,用单位力作用测定它的加速度。这样求得的加速度同它的质量成反比。实验证啁,质量是一个标量,而力和加速度则都是矢量,它们服从矢量合成和分解的规律。
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