牛頓運動定律

物理泰斗艾薩克·牛頓。在應用牛頓定律之前，必須先將物體理想化為質點。所謂“質點”是指物理學中理想化的模型，在考慮物體的運動時，將物體的形狀、大小、質地、軟硬等性質全部忽略，只用一個幾何點和一個質量來代表此物體。質點模型適用的範圍是當與分析所涉及的距離相比較，物體的尺寸顯得很微小，或我們只考慮物體受的外力，物體本身的內部結構、形變、旋轉、溫度等對於分析並不重要。舉例而言，在分析行星環繞恆星的軌道運動時，行星與恆星都可以被理想化為質點。

原初版本的牛頓運動定律只適用於描述質點的動力學，不具有足夠功能來描述剛體與可變形體的運動。1750年，歐拉在牛頓定律的基礎上，推導出能夠應用於剛體的歐拉運動定律。後來，這定律又被應用於假定為連續介質的可變形體。假若用一群離散質點的組合來代表物體，其中每一個質點都遵守牛頓定律，則可以從牛頓定律推導出歐拉運動定律。不論如何，歐拉運動定律可以直接視為專門描述宏觀物體運動的公理，與物體內部結構無關。在這裡，宏觀物體指的是尺度遠遠大於粒子尺度的物體。

牛頓運動定律只成立於慣性參考系，又稱為牛頓參考系。有些學者喜歡將第一定律作為根本，而將慣性參考系視作第一定律的延伸，也就是說在他們看來，第一定律可以用來定義慣性參考系。假若採用這觀點，則由於只有從慣性參考系觀察，第二定律才成立，所以，不能從第二定律以特例的方式來推導出第一定律。另外又有一些學者將第一定律視為第二定律的推論。特別注意，慣性參考系的概念是在牛頓之後很久才發展成功。

艾薩克·牛頓（Isaac Newton）是英國偉大的數學家、物理學家、天文學家和自然哲學家，其研究領域包括了物理學、數學、天文學、神學、玄學、自然哲學和鍊金術。牛頓的主要貢獻有發明了微積分，發現了萬有引力定律和經典力學，設計並實際製造了第一架反射式望遠鏡等等，被譽為人類歷史上最偉大，最有影響力的科學家。為了紀念牛頓在經典力學方面的傑出成就，“牛頓(N)”後來成為衡量力的大小的物理單位。

公元前5世紀，古希臘哲學家德謨克利特（Leucippus，公元前500-公元前440）、伊壁鳩魯（Epicurus，公元前341-公元前270）認為：“當原子在虛空里被帶向前進而沒有東西與他們碰撞時，它們一定以相等的速度運動。”這只是猜測或推想的結果。

公元前4世紀，古希臘哲學家亞里士多德（Aristotle，公元前384-公元前322）指出：靜止是物體的自然狀態，如果沒有作用力就沒有運動（力是維持物體運動的原因）。該觀點遺失了“力能使物體停止運動，也能使物體開始運動”這一關鍵點，故錯誤。但他第一次提出了力與運動間存在關係，為力學發展做出了一定貢獻。

6世紀，希臘學者菲洛彭諾斯（J.Philoponus）對亞里士多德的運動學說持批判態度。他認為拋體本身具有某種動力，推動物體前進，直到耗盡才趨於停止，這種看法後來發展為14世紀的“衝力理論”。

14世紀，法國哲學家布里丹（Jean Buridan，1295-1358？）、阿爾伯特、尼克爾·奧里斯姆（Nicole Oresme，1320？-1382）等人提出“衝力理論”，他們認為：“推動者在推動一物體運動時，便對它施加某種衝力或某種動力，速度越大，衝力越大，衝力耗盡時，物體停止下來。”這一理論為義大利物理學家伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564-1642）和英國物理學家艾薩克·牛頓（Isaac Newton，1643-1727）開闢了道路。

17世紀，伽利略在其的著作中多次提出類似於慣性原理的說法。他分別於1632年和1638年，在《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》和《關於力學和位置運動的兩門新科學的對話》中記錄了理想斜面實驗（一小球沿傾斜平台滾向水平面，表面越光滑小球滾得越遠），並推理“如有一足夠長而絕對光滑的表面，將沒有東西（摩擦力）能阻礙小球運動，所以小球一直繼續運動或者直到有東西（外力）阻礙它”，從而得到結論：“物體在自然狀態下會維持原有運動而非趨於停止”。該結論打破了自亞里士多德以來約一千三百年間“力是維持物體運動的原因”的陳舊觀念，但仍未擺脫其影響。該結論很接近慣性定律（牛頓第一運動定律又稱慣性定律，其首先是由伽利略發現的）。

1644年，法國物理學家勒內·笛卡爾（Rene Descartes，1596-1650）在《哲學原理》中彌補了伽利略的不足。他明確地指出，除非物體受到外因的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態，並且還特地聲明，慣性運動的物體永遠不會使自己趨向曲線運動，而只保持在直線上運動。他把這條基本原理表述為兩條定律：①每一單獨的物質微粒將繼續保持同一狀態，直到與其他微粒相碰被迫改變這一狀態為止；②所有的運動，其本身都是沿直線的。然而笛卡兒沒有建立起他試圖建立的那種能演繹出各種自然現象的體系，不過他的思想對牛頓對此類定律之後的總結產生了一定的影響。笛卡兒的最大貢獻在於他第一個認識到：力是改變物體運動狀態的原因。

1662年，伽利略指出：“以任何速度運動著的物體，只要除去加速或減速的外因，此速度就可以保持不變。”笛卡爾也認為：“在沒有外加作用時，粒子或者勻速運動，或者靜止。”牛頓把這一假定作為牛頓第一運動定律，並將伽利略的思想進一步推廣到有力作用的場合，提出了牛頓第二運動定律。

1664年，牛頓受到對碰撞問題研究較早的笛卡爾的影響，也開始研究二個球形非彈性剛體的碰撞問題。1665-1666年，牛頓又研究了二個球形剛體的碰撞問題。他沒有把注意力集中在動量和動量守恆方面，而是把集中在物體之間的相互作用上。對於兩剛體的碰撞，他提出：“在它們向彼此運動的時間中（就是它們相碰的瞬間），它們的壓力處於最大值，……它們的整個運動是被此一瞬間彼此之間的壓力所阻止，……只要這兩個物體都不互相屈服，它們之間將會持有同樣猛烈的壓力，……它們將會像以前彈回之前彼此趨近那樣多的運動相互離開。”

1668-1669年，荷蘭物理學家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens，1629-1695）、沃里斯（willis）和英國物理學家克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren，1632-1723）分別對碰撞問題也做了很多研究，並得出了一些重要的結論。其中，惠更斯的工作比較突出，他證明了兩硬體在碰撞過程中同一方向的動量保持不變，糾正了笛卡爾不考慮動量具有方向性的錯誤，而且首次提出碰撞前後的動量守恆。牛頓在正式提出牛頓第三運動定律時，肯定了他們的工作，同時也指出了他們的局限性。牛頓認為：“雷恩和惠更斯的理論以絕對硬的物體為前提，而用理想彈性體可以得到更肯定的結果，並且用非理想彈性體，如壓緊的木球、鋼球和玻璃球做實驗，消除誤差后結果是一致的。”

1673年，法國物理學家馬里奧特（EdmeMarotte，1620-1684）用兩個單擺做碰撞實驗，巧妙地測出了碰撞前後的瞬時速度。牛頓也重複做了此實驗，他進一步討論了空氣阻力的影響及改進辦法，並對結果進行了修正。

1684年8月起，在英國物理學家埃德蒙多·哈雷（EdmondHalley，1656-1742）的勸說下，牛頓開始寫作《自然哲學的數學原理》，系統地整理手稿，重新考慮部分問題。1685年11月，形成了兩卷專著。1687年7月5日，《原理》使用拉丁文出版。《原理》的緒論部分中的運動的公理或定律一節中提出了牛頓運動定律，擺脫了舊觀念的束縛。1713年，《原理》出第2版；1725年，出第3版。

19世紀後半期，德國物理學家古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824-1887）、奧地利及捷克物理學家恩斯特·馬赫（Ernst Mach，1838-1916）、美國物理學家埃森布德（L. Eisenbud）、美國物理學家奧斯頓（N. Austern）等人對牛頓運動定律的表述均有論述，並提出自己的修正意見。其中，馬赫在《發展中的力學》 中，對牛頓運動定律做了比較全面的考察和分析整理；埃森布德在《關於經驗的運動定律》 中、奧斯頓在《牛頓力學的表述》 中，也提出了相似的新表述。但這些修正意見中有一部分受到質疑，質疑者包括瑞士及美國物理學家阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）等。

1905年以來，愛因斯坦的相對論推翻了牛頓建立的大部分科學體系。愛因斯坦指出，牛頓運動定律在超出經典力學範圍或質點、慣性參考系以及宏觀、低速運動問題等適用條件時，不再成立。該部分內容已超出對牛頓運動定律發展簡史的討論範圍，後續發展可參閱狹義相對論、廣義相對論等詞條。

牛頓第一運動定律

內容

一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。這就是牛頓第一定律。

用公式表達為如圖：

說明

物體都有維持靜止和作勻速直線運動的趨勢，因此物體的運動狀態是由它的運動速度決定的，沒有外力，它的運動狀態是不會改變的。物體的保持原有運動狀態不變的性質稱為慣性(inertia)慣性的大小由質量量度。所以牛頓第一定律也稱為慣性定律(lawofinertia)。牛頓第一定律也闡明了力的概念。明確了力是物體間的相互作用，指出了是力改變了物體的運動狀態。因為加速度是描寫物體運動狀態的變化，所以力是和加速度相聯繫的，而不是和速度相聯繫的。在日常生活中不注意這點，往往容易產生錯覺。

注意

（1）牛頓第一定律並不是在所有的參照系裡都成立，實際上它只在慣性參照系裡才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立，作為一個參照系是否慣性參照系的判據。

（2）牛頓第一定律是通過分析事實，再進一步概括、推理得出的。人們周圍的物體，都要受到這個力或那個力的作用，因此不可能用實驗來直接驗證這一定律。但是，從定律得出的一切推論，都經受住了實踐的檢驗，因此，牛頓第一定律已成為大家公認的力學基本定律之一。

牛頓第一定律的發現及總結

300多年前，伽利略對類似的實驗進行了分析，認識到：運動物體受到的阻力越小，他的運動速度減小得就越慢，他運動的時間就越長。他還進一步通過進一步推理得出，在理想情況下，如果水平表面絕對光滑，物體受到的阻力為零，它的速度將不會減慢，這是將以恆定不變的速度永遠運動下去。

牛頓第二運動定律內容

物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

表達式

ΣF=ma或F合=ma

說明

（1）牛頓第二定律是力的瞬時作用規律。力和加速度同時產生、同時變化、同時消逝。

（2）F=ma是一個矢量方程，應用時應規定正方向，凡與正方向相同的力或加速度均取正值，反之取負值，一般常取加速度的方向為正方向。

力的獨立作用原理，用牛頓第二定律處理物體在一個平面內運動的問題時，可將物體所受各力正交分解，在兩個互相垂直的方向上分別應用牛頓第二定律的分量形式：Fx=max，Fy=max列方程。

牛頓第二定律的五個性質

（1）同體性：F合、m、a對應於同一物體。

（2）矢量性：力和加速度都是矢量，物體加速度方向由物體所受合外力的方向決定。牛頓第二定律數學表達式∑F=ma中，等號不僅表示左右兩邊數值相等，也表示方向一致，即物體加速度方向與所受合外力方向相同。

（3）瞬時性：當物體（質量一定）所受外力發生突然變化時，作為由力決定的加速度的大小和方向也要同時發生突變；當合外力為零時，加速度同時為零，加速度與合外力保持一一對應關係。牛頓第二定律是一個瞬時對應的規律，表明了力的瞬間效應。

（4）相對性：自然界中存在著一種坐標系，在這種坐標系中，當物體不受力時將保持勻速直線運動或靜止狀態，這樣的坐標系叫慣性參照系。地面和相對於地面靜止或作勻速直線運動的物體可以看作是慣性參照系，牛頓定律只在慣性參照系中才成立。

（5）獨立性：作用在物體上的各個力，都能各自獨立產生一個加速度，各個力產生的加速度的失量和等於合外力產生的加速度。

適用範圍

（1）當物體速度接近光速時，會有很強的相對論效應，經典力學需要做修改。

（2）當考察物體的運動線度可以和該物體的德布羅意波長相比擬時，經典力學不再適用，需要用量子力學方法。

（3）經典力學成立的參考係為慣性系。

牛頓第三運動定律內容

兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。

表達式

F=-F'（F表示作用力，F'表示反作用力，符號表示反作用力F'與作用力F的方向相反）

需要注意牛頓第三定律

兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，並且作用在同一直線上

F1＝－F2

①力的作用是相互的。同時出現，同時消失。

②相互作用力一定是相同性質的力

③作用力和反作用力作用在兩個物體上，產生的作用不能相互抵消。

④作用力也可以叫做反作用力，只是選擇的參照物不同

⑤作用力和反作用力因為作用點不在同一個物體上，所以不能求合力

相互作用力和平衡力的區別

①相互作用力是大小相等、方向相反、作用在兩個物體上、且在同一直線上的力；兩個力的性質是相同的。

②平衡力是作用在同一個物體上的兩個力，大小相同、方向相反，並且作用在同一直線上。兩上力的性質可以是不同的。

③相互平衡的兩個力可以單獨存在，但相互作用力同時存在，同時消失

例如：物體放在桌子上，對於物體所受重力與支持力，二者屬於平衡力，將物體拿走後支持力消失，而重力依然存在。而物體在桌子上，物體所受的支持力與桌面所受的壓力，二者為一對作用力與反作用力．物體拿走後，二者都消失．

牛頓運動定律是建立在絕對時空以及與此相適應的超距作用基礎上的所謂超距作用，是指分離的物體間不需要任何介質，也不需要時間來傳遞它們之間的相互作用。也就是說相互作用以無窮大的速度傳遞。除了上述基本觀點以外，在牛頓的時代，人們了解的相互作用。如萬有引力、磁石之間的磁力以及相互接觸物體之間的作用力，都是沿著相互作用的物體的連線方向，而且相互作用的物體的運動速度都在常速範圍內。

在這種情況下，牛頓從實驗中發現了第三定律。“每一個作用總是有一個相等的反作用和它相對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠相等，並且各自指向其對方。”作用力和反作用力等大、反向、共線，彼此作用於對方，並且同時產生，性質相同，這些常常是我們講授這個定律要強調的內容。而且，在一定範圍內，牛頓第三定律與物體系的動量守恆是密切相聯繫的。

但是隨著人們對物體間的相互作用的認識的發展，19世紀發現了電與磁之間的聯繫，建立了電場、磁場的概念；除了靜止電荷之間有沿著連線方向相互作用的庫侖力外，發現運動電荷還要受到磁場力即洛倫茲力的作用；運動電荷又將激發磁場，因此兩個運動電荷之間存在相互作用。在對電磁現象研究的基礎上，麥克斯韋（1831－1879）在1855-1873年間完成了對電磁現象及其規律的大綜合、建立了系統的電磁理論，發現電磁作用是通過電磁場以有限的速度（光速c）來傳遞的，後來為電磁波的發現所證實。

物理學的深入發展，暴露出牛頓第三定律並不是對一切相互作用都是適用的。如果說靜止電荷之間的庫侖相互作用是沿著二電荷的連線方向，靜電作用可當作以“無窮大速度”傳遞的超距作用，因而牛頓第三定律仍適用的話，那麼，對於運動電荷之間的相互作用，牛頓第三定律就不適用了。運動電荷B通過激發的磁場作用於運動電荷A的力為（並不沿AB的連線），而運動電荷A的磁場在此刻對B電荷卻無作用力。由此可見，作用力在此刻不存在反作用力，作用與反作用定律在這裡失效了。

實驗證明：對於以電磁場為媒介傳遞的近距作用，總存在著時間的推遲。對於存在推遲效應的相互作用，牛頓第三定律顯然是不適用的。實際上，只有對於沿著二物連線方向的作用（稱為有心力），並可以不計這種作用傳遞時間（即可看做直接的超距作用）的場合中，牛頓第三定律才有效。但是在牛頓力學體系中，與第三定律密切相關的動量守恆定律，卻是一個普遍的自然規律。在有電磁相互作用參與的情況下，動量的概念應從實物的動量擴大到包含場的動量；從實物粒子的機械動量守恆擴大為全部粒子和場的總動量守恆，從而使動量守恆定律成為普適的守恆定律。

牛頓運動定律基於牛頓力學的基本假設：①空間是絕對的，可以認為是數學上的抽象空間，和空間內的填充物質無關；②時間是連續的、均勻流逝的、無窮無盡的；③時間和空間無關；④時間和運動狀態無關；⑤物體的質量和物體的運動狀態無關。廣義相對論在第一條假設上有突破，狹義相對論突破了第三、四、五條假設。因此：

牛頓運動定律只適用於質點，牛頓運動定律中所指的物體為質點。對質點系，運用牛頓運動定律中的第二定律時一般採用隔離法，或者採用質點系牛頓第二運動定律。對於作用力非恆力的情形，如時間、速度或位置相關性的力，應用積分等方法，牛頓運動定律亦可使用。

牛頓運動定律只適用於慣性參考系。孤立質點相對它靜止或做勻速直線運動的參考係為慣性參考系。在非慣性參考系中牛頓運動定律不適用，因為不受外力的物體在該參考系中也可能具有加速度，與牛頓第一運動定律相悖；只有在慣性參考系中牛頓運動定律才適用。但通過慣性力的引入可以使牛頓運動定律中的第二定律的表示形式在非慣性系中適用，即使用力學方程求解力學問題，式中為在慣性系中測得的物體受的合力，為在非慣性系中測得的慣性力（為非慣性系統的加速度）。

牛頓運動定律只適用宏觀問題。當考察的物體的運動線度可以和該物體的德布羅意波相比擬時，由粒子運動不確定性關係式可知，該物體的動量和位置已不能同時準確獲知，故牛頓動力學方程缺少準確的初始條件而無法求解，即經典的描述方法由於粒子運動不確定性關係式已經失效或者需要修改。對於一個作用量接近或小於普朗克常量會h=6.6×10⁻³⁴J·s的微觀粒子（亦或是一個線度接近或小於原子線度α=10⁻¹⁰m的物體），必須使用量子力學。量子力學用希爾伯特空間中的態矢概念代替位置和動量（或速度）的概念來描述物體的狀態（即波函數），用薛定諤方程代替牛頓動力學方程（即含有力場具體形式的牛頓第二運動定律）。用態矢量代替位置和動量的原因是由測不準原理而同時知道位置和動量的準確信息，但是可以知道位置和動量的概率分佈；測不準原理對測量精度的限制就在於兩者的概率分佈上有一個確定的關係。

牛頓運動定律只適用低速問題。若物體的速度v與光速 c=3.0×10⁸m/s接近時，必須使用狹義相對論。牛頓運動定律對於伽利略變換是協變的，但對於洛倫茲變換不是協變的，因此其不能和狹義相對論相容。當物體做高速移動時，需要修改力、速度等力學變數的定義，使動力學方程能夠滿足洛倫茲協變的要求，在物理預言上也會隨速度接近光速而與經典力學有不同。

牛頓運動定律具有內在隨機性。其包含的“不確定行為”遠多於由它所給出的“確定行為”，特別是在保守系統及耗散系統中。

（牛頓運動定律中的三條定律各自獨立，各自存在適用範圍。各條定律不同表述的細微變化也會產生各自適用範圍的改變，具體的表述和對應拓廣形式的使用範圍可查閱各獨立詞條。

約翰尼斯·開普勒在1609年發現行星沿橢圓形（而不是圓形）軌道圍繞太陽運行。此後，科學家們便紛紛狂熱地試圖用數學方法解釋這些軌道。羅伯特·胡克和約翰·哈雷都曾做過嘗試，但他們兩個人用的數學方法都沒能奏效。1642年艾薩克·牛頓出生於英國距離劍橋60英里的林肯郡。艾薩克是個難對付的孩子。在他出生前三個月父親就去世了，他不喜歡繼父，於是被送給外祖父母由他們撫養長大。然而牛頓不喜歡任何人——他不喜歡母親，也不喜歡外祖父母，甚至連同母異父的弟弟和妹妹也不喜歡。他經常威脅說要打這些親人，要把房子燒掉。在學校里，他經常違反紀律，讓老師頭疼。

只有一個人——威廉·艾斯庫注意到牛頓的聰慧和潛能，他安排牛頓去三一學院（隸屬於劍橋大學）學習。因為太窮支付不起昂貴的學費，牛頓就給其他學生當傭人來掙錢支付食宿的費用。他總是獨來獨往，神神秘秘，別人都說他經常板著面孔，喜歡與人爭論。1665年倫敦瘟疫爆發，劍橋大學被迫關閉，於是牛頓回到妹妹在鄉下的莊園。莊園很閉塞，同時又缺少必要的數學工具描述不斷變化的力量和運動——而這些又是他感興趣的，因此他覺得十分沮喪。他決心弄清楚使物體運動（或靜止）的力量。

除了閱讀當時比較新的開普勒和哈雷的專著之外，牛頓還研讀了伽利略和亞里士多德的著作。他搜集了早期希臘學者以來的研究結果和理論，這些理論都很零散，而且經常相互矛盾。他仔細篩選這些材料並把它們重新提煉，找出其中的普遍真理和謬誤。牛頓非常善於從大量觀點中篩選出包含真理的少數，他的這一才能讓人稱奇。牛頓算不上是實驗者，他喜歡思考問題，像愛因斯坦那樣在腦海里做實驗。他會長時間專註地想事情，直到得出他需要的答案。用他自己的話說，他會“把問題擺在面前，然後開始等待，一直等到出現第一縷曙光，接著漸漸變得清晰，最後豁然開朗”。

不久，一個問題開始困擾著牛頓：是什麼力量導致了運動呢？他集中精力研究伽利略的自由落體定律和開普勒的行星運動規律。他痴迷到了廢寢忘食的地步，身體幾乎處於崩潰的邊緣。1666年初，牛頓創立了三大運動定律，這些定律為他發明微積分和發現地球引力創造了必不可少的條件。但直到20年後哈雷鼓勵牛頓寫《自然哲學的數學原理》時，牛頓才公布了他創立的三大定律。1684年，讓·皮卡爾第一次精確地求出了地球的大小和質量。有了這些必要的數字，牛頓就能證明：利用三大運動定律和他的重力方程式可以正確地計算出行星運動的真實軌道。即使有了確鑿的數學證據，牛頓也只是在哈雷的請求和說服下於1687年發表了《自然哲學和數學原理》，發表這本書最主要的原因是羅伯特·胡克聲稱（錯誤地聲稱），他自己已經發現了運動的普遍規律。《自然哲學和數學原理》成為科學史上備受推崇和人們經常使用的出版物。

● 牛頓運動定律中的各定律互相獨立：

牛頓第一運動定律為後續定律準備了概念並定性闡明了力和運動的關係。特別地，第一定律中所述的“物體不受外力作用時的運動狀態”和第二定律中的物體所受外力矢量和為零（合力為零）這一運動狀態不同，不能把第一定律當成第二定律在時的特殊情況，因為肯定導出加速度，但的運動只能由第一定律本身徹底闡明其為慣性運動（靜止或勻速直線運動）。第一定律是完全獨立的基本定律，用其解決的問題，別的任何規律都無法解決，第二、第三定律根本不能取代第一定律。

牛頓第二運動定律引入了慣性質量，全面完整地刻畫了物體因受力作用而產生加速度，以及加速度與外力及質量的定量關係，構成了第二定律獨立於第一、第三定律的深刻內涵和根本原因。

牛頓第三運動定律不能由第二定律推演得出，第二定律也代替不了第三定律，第一定律更不能取代第三定律；第三定律也是在伽利略先前提出的觀點的基礎上，牛頓所提出的一條定律。第三定律的正確性要靠大量實踐來檢驗。第三定律其實是用力的語言表達的動量守恆定律，而動量守恆定律是自然界中普遍成立的少量幾條基本物理規律之一，動量守恆在任何物理領域中均成立（計及電磁場的動量后，運動電子與電磁場的動量也守恆）。

● 牛頓運動定律的內在邏輯符合自洽一致性，即三定律順承邏輯相容構成有機整體：

牛頓運動定律在研究對象上呈遞進關係。第一、第二定律只研究單一物體（可以只有一個物體，也可以從眾多物體中隔離出一個物體來作為研究對象），解決其不受力或受很多力作用后的運動問題；第三定律擴展了研究對象，至少研究是兩個物體之間的相互作用，這種相互作用制約或影響了研究對象或研究對象以外的其它物體的運動。只有把第一、第二和第三定律有機結合才能解決全部的複雜動力學問題，由質點的動力學出發去解決質點系、剛體、流體、振動、波動等的力學問題。

牛頓運動定律都只在第一定律確定的慣性參考系成立。牛頓的絕對時空觀中的慣性系雖然存在邏輯循環（或稱邏輯同一）之難，但是在動力學的力的語言表達中是理論體系必不可少的。一切動力學問題確定了慣性系便能解決。由於任何科學都不可能做到絕對真理，力學也是一門近似程度比較高的科學，絕對的慣性系不存在，但近似的慣性系是始終存在。牛頓運動定律只在慣性系中適用，說明了三定律的一致性。

第一定律引入力的概念和闡明慣性屬性，定性揭示力和運動的關係，為第二定律打下基礎、準備必要的概念；第三定律進一步給出作用力的性質，揭示物體運動的相互制約機制。三定律結合，全面解決了任意物體在受複雜的外力作用后的運動問題。牛頓運動定律是一個有機整體，是一脈相承的完整理論體系，是力學的基本公理，由它們出發推論而出的動量定理、動量守恆定律、動能定理、機械能守恆定律、動量矩定理、角動量守恆定律，進一步證實了動力學公理化體系相容性和一致性。

（牛頓運動定律的驗證性實驗有多種，本節僅挑選幾種重要或典型的實驗作為示例。隨著現代的實驗設施的利用，原來的實驗方法將有所改進或補充。 ）

牛頓的三大運動定律構成了物理學和工程學的基礎。正如歐幾里德的基本定理為現代幾何學奠定了基礎一樣，牛頓三大運動定律為物理科學的建立提供了基本定理。三大定律的推出、地球引力的發現和微積分的創立使得牛頓成為過去過去一千年中最傑出的科學巨人。

在現代物理學中，動量守恆定律、能量守恆定律與角動量守恆定律相比牛頓定律更為普遍適用，它們既應用於光，也應用於物質；既應用於經典物理學，也應用於非經典物理學。

它們的陳述都非常簡單：“動量、能量、角動量既不可能憑空創造也不可能憑空消失”。

因為力是動量的時間衍生物，因此力這個概念顯得有些多餘，是從屬於守恆定律的。力的概念也不能應用於基礎理論，如量子力學、量子電動力學、廣義相對論中。標準模型解釋了三種基本力（強力、弱力和電磁力）是如何從規範場中起源並通過虛粒子轉換的。其他的力例如重力與費米簡併壓力也可以從動量守恆中引出。

牛頓運動定律是力學中重要的定律，是研究經典力學甚至物理學的基礎，闡述了經典力學中基本的運動規律。該定律的適用範圍為由牛頓第一運動定律所給出慣性參考系，並使人們對物理問題的研究和物理量的測量有意義。

牛頓運動定律批駁了延續兩千多年的亞里士多德等人關於力的概念的錯誤觀點，為確立正確的力的概念奠定了基礎。該定律最早科學地給出了慣性質量、力等經典力學中的幾個基本概念的定性定義，為由牛頓運動定律建立起來的質點力學體系原理奠定了概念基礎。

牛頓運動定律中的第一定律是其它原理的前提和基礎，奠定了經典力學的概念基礎，從而使它處於理論系統中第一個原理的前提地位。第二定律和動量定理、功能原理等，確定了物體運動狀態的變化與外界作用的關係。第三定律和動量守恆定律等，將有關物體的運動關聯起來；和萬有引力定律，開創了天體力學，使人們第一次對日、月、星辰的運行規律有了準確的了解；給出了對自然力的普遍陳述，揭示了兩物體相互作用的規律，為解決力學問題、轉換研究對象提供了理論基礎。