牛頓第二運動定律(Newton's Second Law of Motion-Force and Acceleration)的常見表述是：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比,，且與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比,；加速度的方向跟作用力的方向相同。該定律是由艾薩克·牛頓在1687年于《自然哲學的數(shù)學原理》一書中提出的,。牛頓第二運動定律和第一,、第三定律共同組成了牛頓運動定律，闡述了經(jīng)典力學中基本的運動規(guī)律,。

定律定義

牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》發(fā)表的原始表述：

動量為的質(zhì)點,，在外力的作用下，其動量隨時間的變化率同該質(zhì)點所受的外力成正比,，并與外力的方向相同,；用公式表達為：,。

常見表述：

物體加速度的大小與合外力成正比，與物體質(zhì)量成反比（與物體質(zhì)量的倒數(shù)成正比）,。加速度的方向與合外力的方向相同,。牛頓第二運動定律可以用比例式來表示，即或,；也可以用等式來表示，即∑F=kma,，其中k是比例系數(shù),；只有當F以牛頓、m以千克,、a以m/s2為單位時,，∑F=ma成立。

定律特點

牛頓第二運動定律有五個特點：

瞬時性：牛頓第二運動定律是力的瞬時作用效果,，加速度和力同時產(chǎn)生,、同時變化、同時消失,。

矢量性：是一個矢量表達式,，加速度和合力的方向始終保持一致。

獨立性：物體受幾個外力作用,，在一個外力作用下產(chǎn)生的加速度只與此外力有關,，與其他力無關，各個力產(chǎn)生的加速度的矢量和等于合外力產(chǎn)生的加速度,，合加速度和合外力有關,。

因果性：力是產(chǎn)生加速度的原因，加速度是力的作用效果h故力是改變物體運動狀態(tài)的原因,。

等值不等質(zhì)性：雖然,，但不是力,，而是反映物體狀態(tài)變化情況的,；雖然,，僅僅是度量物體質(zhì)量大小的方法,，m與或無關。

實驗驗證

牛頓第二運動定律實驗是物理中的一個很基礎,、必要的驗證性實驗，涉及到檢驗一個物理定律或規(guī)律的基本途徑和方法,，因此對于其實驗精度往往有特殊的要求。

牛頓第二運動定律驗證實驗,，就是測量在不同的作用下運動系統(tǒng)的加速度,，并檢驗二者之間是否符合上述關系,。

利用現(xiàn)代的實驗教學設施改進和補充原來的實驗手段,，更能體現(xiàn)出物理學的科學素養(yǎng)和科學態(tài)度。

牛頓第二運動定律主要的實驗驗證方法

實驗驗證方法

用打點計時器法驗證：

研究系統(tǒng)的加速度與系統(tǒng)的質(zhì)量和拉力間的關系時，將打點計時器固定在木板的一端,，把砝碼和小車栓在細線的兩端,，細線跨過滑輪,，砝碼的重量作為拉力,，讓拖著紙帶的小車在平直的平面上運動,，則小車及其上的砝碼、線的另一端栓著的鉤碼組成一個運動系統(tǒng),。

每次實驗均須在紙帶上注明拉力和系統(tǒng)的質(zhì)量,。

為了抵消摩擦力，通常采取以下兩種方法：傾斜滑動法,、水平拉線法,。

在氣墊導軌上驗證：

將氣墊導軌調(diào)平后（由于導軌都存在一定的彎曲，滑塊與導軌間存在阻力,，所以調(diào)平在實驗中一般用滑塊通過兩個光電門時的速度相等來衡量）,，測出粘性阻尼常數(shù)b。

為了修正粘滯性摩擦阻力的存在所引起的速度損失,，必須解決粘滯性阻尼常數(shù)的測定問題,。其方法主要有以下兩種：傾斜導軌法、振動法,。

用非線性回歸法驗證：

在氣墊導軌上驗證定律影響測量的主要因素是空氣阻力,，通過修正可將影響減小到可忽略的程度,。但常采用的一元線性回歸法,，不足以說明整個回歸方程的好壞,；二元線性回歸法也同樣存在一定的問題,。

用非線性回歸法驗證定律,，首先對質(zhì)點運動的動力學模型進行線性化處理,，得到模型的參數(shù)線性估計值,，并以其作為非線性模型的初值對動力學模型進行非線性回歸分析,。非線性回歸法驗證了定律的正確性,，改進了驗證定律的傳統(tǒng)實驗方法，具有一定的應用和推廣價值,。

此外,，驗證牛頓第二運動定律還有基于LabVIEW的教學平臺、基于無線模塊和Visual Basic的仿真演示實驗設計、基于光電傳感器的實驗裝置,。

適用范圍

牛頓第二運動定律只適用于質(zhì)點,。對質(zhì)點系,，用牛頓第二運動定律時一般采用隔離法，或者采用質(zhì)點系牛頓第二定律,。

牛頓第二運動定律只適用于慣性參考系。慣性參考系是指牛頓運動定律成立的參考系，在非慣性參考系中牛頓第二運動定律不適用。但是,，通過慣性力的引入,?？梢允古ｎD第二運動定律的表示形式在非慣性系中使用。

牛頓第二運動定律只適用宏觀問題,。解決微觀問題必須使用量子力學。當考察物體的運動線度可以和該物體的德布羅意波相比擬時,，由于粒子運動不確定性關系式（即無法同時準確測定粒子運動的方向與速度），物體的動量和位置已經(jīng)是不能同時準確獲知的量了，因而牛頓動力學方程缺少準確的初始條件無法求解,。也就是說經(jīng)典的描述方法由于粒子運動不確定性關系式已經(jīng)失效或者需要修改,。量子力學用希爾伯特空間中的態(tài)矢概念代替位置和動量（或速度）的概念（即波函數(shù)）來描述物體的狀態(tài),，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(tài)矢代替位置和動量的原因是由于測不準原理我們無法同時知道位置和動量的準確信息,，但是我們可以知道位置和動量的概率分布，測不準原理對測量精度的限制就在于兩者的概率分布上有一個確定的關系,。

牛頓第二運動定律只適用低速問題。解決高速問題必須使用相對論。由于牛頓動力學方程不是洛倫茲協(xié)變的,，因而不能和狹義相對論相容,，因此當物體做高速移動時需要修改力,、速度等力學變量的定義,，使動力學方程能夠滿足洛倫茲協(xié)變的要求，在物理預言上也會隨速度接近光速而與經(jīng)典力學有不同。

發(fā)展簡史

1662年，伽利略·伽利雷指出“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,。”勒內(nèi)·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,。

艾薩克·牛頓把這一假定作為牛頓第一運動定律，并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,。

1684年8月起，在埃德蒙多·哈雷的勸說下,，牛頓開始寫作《自然哲學的數(shù)學原理》,，系統(tǒng)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(jié)中提出了牛頓第二運動定律,。

應用領域

應用牛頓第二運動定律可以解決一部分動力學問題,。問題主要有兩類：第一類問題已知質(zhì)點的質(zhì)量和運動狀態(tài)，已知質(zhì)點的在任意時刻的位置即運動方程或速度表達式或加速度表達式,，求作用在物體上的力,，一般是將已知的運動方程對時間求二階導數(shù)或將速度方程對時間求一階導數(shù)，求出加速度,，再根據(jù)牛頓第二定理求出未知力,；第二類問題已知質(zhì)點的質(zhì)量及作用在質(zhì)點上的力，求質(zhì)點的運動狀態(tài),，即求運動方程,、速度表達式或加速度表達式，通常是由牛頓第二運動定律列出方程，求出物體的加速度表達式,，由加速度和初始條件,，定積分求出速度表達式，由速度表達式和初始條件,，定積分求出運動方程,。解題方法主要有四種：臨界條件法、正交分解法,、合成法,、程序法。

運用牛頓第二定律及同一直線矢量合成方法,，根據(jù)理想“平行導軌模型”的物理特點,，基于電磁感應規(guī)律，對電磁感應中的電容負載平行導軌模型的各種情況進行計算,，可計算出各種情況下的金屬導桿運動的數(shù)學表達式,；結果與實踐吻合。

動畫是讓畫面運動起來的影視藝術,，即運動的畫面,。牛頓第二運動定律在動畫藝術中占有重要的位置，是動畫中必不可少的研究對象,。

定律影響

根據(jù)牛頓第二運動定律,，定義了國際單位中力的單位——牛頓（符號N）：使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/s2加速度的力，叫做1N,；即1N=1kg·m/s2,。

牛頓第二運動定律定量地說明了物體運動狀態(tài)的變化和對它作用的力之間的關系，和牛頓第一運動定律,、牛頓第三運動定律共同組成了牛頓運動定律,，是力學中重要的定律，是研究經(jīng)典力學的基礎闡述了經(jīng)典力學中基本的運動規(guī)律,。