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应该怎样理解惯性定律

时间:2022-12-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:首先,我们要指出力的独立作用定律。第一定律是惯性定律,第三定律为作用力与反作用力定律。第二定律则是表示速度变化的量与作用力成一定的比例,并且与作用力作相同方向的加速。人们习惯于把惯性解释为物体具备“在外力没有作用于其原有状态前物体仍保持原状”的特点。摩擦被称为力,原因在于它能阻止物体运动。在很多物理学和力学课本中,均使用了“趋向于”这个不够严肃的词语,这才使人们对惯性定律产生误解。


现在,对运动的相对性详细了解之后,我们可以对运动产生的原因即“力”略加论述。首先,我们要指出力的独立作用定律。也就是力对物体的作用和这个物体处于静止状态,受惯性作用而运动,或者在其他作用力的作用下运动并不相干。

这是在经典力学基础上,牛顿三大定律之一的第二定律的观点。第一定律是惯性定律,第三定律为作用力与反作用力定律。在本书中,牛顿第三定律会在下一章内介绍,在此不作重复阐述。第二定律则是表示速度变化的量与作用力成一定的比例,并且与作用力作相同方向的加速。这个定律的公式为:

F=m•a

在公式中,F代表作用于物体身上的力,m代表物体自身的质量,a代表物体的加速度。质量是三个量中最难理解的。人们经常会把质量与重量相提并论,但事实上它们完全不是一个概念。物体的质量可根据它们在相同力的作用下所产生的加速度进行比较,从上面的公式中可以看到,物体在力的作用下加速度越小,质量就会越大。

虽然惯性定律经常与不了解物理常识的人的习惯性看法相反,但在牛顿三大定律中它确实是最容易理解的2,但显然,很多人没有正确理解这个定律。人们习惯于把惯性解释为物体具备“在外力没有作用于其原有状态前物体仍保持原状”的特点。这个普遍存在的观点将惯性定律理解为原因定律,没有原因的存在,任何什么都不会发生(也就是任何物体都不会改变原状)。真正的惯性定律与物体的任何物理状态无关,只关系到静止与运动。它规定:

在任何外力作用于物体并且改变物体的状态前,一切物体都处于静止或者匀速直线运动状态。

可以得出这样的结论,每当物体:

(1)进入运动状态;

(2)自身的直线运动变为曲线运动,或者原本就是在进行曲线运动;

(3)停止运动,运动速度变快或者减慢时。我们都可以作出这样的论断:该物体受到了外力的作用。

如果物体在自身运动的过程中上述任何一种情况都没有发生,那么无论物体运动的速度是多么快,都表明这个物体没有受到外力的作用。需要记住的是,作匀速直线运动的物体没有受到外力作用,或者说作用于它身上的力处于平衡状态。在所有当代力学的观点与古代、中世纪(比伽利略更早)思想家的观点差别中,这是最大的区别。在这里,普通人的思维与科学的思维差距很大。

以上资料也告诉我们,摩擦虽然似乎不会带来任何的运动,但是在力学中仍然认为摩擦作用于静止的物体。摩擦被称为力,原因在于它能阻止物体运动。

我们再次强调,物体本身并非趋向静止,而是在摩擦力的作用下最终处于静止状态。这如同不出家门的人与一个偶尔在家、经常有事需要出门的人的区别一样。物体自身并非是“不出家门”的,相反它运动性极高,只要向一个自由的物体作用哪怕一点点的力,它都会运动起来。“运动逐渐趋向静止”的观点不正确还在于,当物体摆脱静止状态后,它自己是不会再回到静止状态的,而是会保持运动的状态(当然,这个状态是在没有阻力的情况下)。

在很多物理学和力学课本中,均使用了“趋向于”这个不够严肃的词语,这才使人们对惯性定律产生误解。想正确认识牛顿第三定律尚存在一些难题,我们需要分析一下这个定律。


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