《原理》的立足点
处于全书之首的是8条“定义”。第一条以密度和体积定义物质的量,从而第一次明确地区分了质量和重量两大概念,为全文找到了一个脱离地球引力场而独立存在的物理量;第二条用我们今日称为动量的“物质之量与其速度之积”定义了运动。从亚里士多德起,物体的运动常常被理解为“位移”,而本条定义则为物理学打开了通向动力学的大门。最令人寻味的是,8个“定义”中有6个用于处理“力”这个力学中最难以说明、最令人捉摸不透的概念。而这6个有关力的定义中,又有4个是讨论向心力的。
向心力的概念是牛顿首创的。虽然曲线运动中的力的作用很早就为人注意了,但无论是笛卡尔还是惠更斯,都只是把注意力集中在作曲线运动的物体脱离曲线、力图向切线方向飞出的倾向。离心力的概念似乎是更加自然、更直接地和实验联系在一起的。牛顿的问题是,既然如此,那么物体为什么不飞出而继续沿着曲线运动呢?在牛顿1664年的笔记本里,我们看到了牛顿对这个问题的考虑。在研究了惠更斯关于碰撞的理论之后,牛顿设想了一个作直线运动的小球,在一个四边形方框的四条边的四个中点上遭遇了四次碰撞,于是它的运动变成了一条封闭的框线。如果在各点的碰撞并未正好大到使得小球的方向转过90°,而仅稍稍向那个方向偏移,而且这种碰撞不是来自于一个方形的框而是来自于一种圆形的环,那小球就作圆周运动。对于任何外在的观察,小球表现出一种力图飞离中心的倾向,或表现为受离心力的作用;但对于小球自身说来,它所承受的恰恰是一种指向中心的外力,这力迫使它偏离直线轨道而作曲线运动。(https://www.daowen.com)
牛顿接着讨论了月球的情形。月球为什么没有飞离地球,沿着直线永远地离开我们呢?这是因为地球和月球之间有重力的作用。这种重力,迫使月球不断地偏离它的直线轨道,但又不足以使月球落向地球。在月球轨道上,月球的离心倾向和地球的重力正好平衡,所以月球就年复一年地在一条轨道上运行,既不飞离地球,也不落向地球。