如何准备理解惯性定律

时间:2024-06-26 05:53:06

在前面几节中,我们详细讨论了运动的相对性,并对这一概念有了初步的认识。下面,我们对运动的起因,也就是力的作用,进行一下说明。我们来看力的独立作用定律:当一个力作用于物体时,与这个物体本身处于静止或者运动的状态无关,也与其他的力产生的作用无关。

我们知道,在经典力学领域,牛顿三定律是基础。上面的这个定律就是从牛顿第二定律推导出来的。在牛顿三定律中,惯性定律是第一定律,作用力和反作用力相等定律是第三定律。

在后面的章节中,我们会详细讨论牛顿第二定律。在本节中,为了讨论方便,我们先简单讲解一下牛顿第二定律。牛顿第二定律主要讲的是:速度的变化是用加速度来衡量的,它的大小跟作用力成正比,方向跟作用力相同。我们通常用下面的公式表示这个定律:

如何准备理解惯性定律

其中,F表示作用在物体上的力;m表示物体的质量;a 表示物体的加速度。可见,在这个公式中,一共有三个量。其中,最难理解的是质量m。人们很容易把质量跟重力相混淆,但是,质量和重力是完全不同的。对于不同的物体,我们可以通过在同一个力的作用下得到的加速度来比较物体的质量。根据上面的公式可以得出,在同一个力的作用下,物体得到的加速度越小,它的质量越大。

如果你没有学习过物理学,可能会得出跟惯性定律相反的结论,但是在牛顿三定律中,惯性定律是最容易理解的。即便如此,很多人仍然理解得不够全面,甚至产生了误解。比如,很多人认为,惯性就是:“物体在受到外力作用前所保持的状态。”其实,这个说法是不对的,它的意思就是,如果没有原因,就不会发生任何事情。也就是说,物体不会改变它最初的状态。而惯性定律讲的是物体静止和运动两种状态,不是针对物体的所有状态而言的。

实际上,惯性定律是这样说的:对于一切物体来说,它会一直保持静止或者匀速直线运动状态,直到有外力作用到它身上为止。

也就是说,如果一个物体:

●突然进入运动状态时;

●由直线运动变为非直线运动,或者说,由直线运动变为曲线运动时;

●运动变慢、变快或者停止时。

我们都可以得出相同的结论:这个物体受到了外力的作用。

但是,如果一个运动中的物体没有发生上面三种情况中的任何一种,那么即便物体的运动速度非常快,也不代表有外力作用于它。特别要注意的是,只要物体是在做匀速直线运动,就说明它没有受到任何外力的作用。或者说,作用在这个物体的所有力相互平衡。这一观点与古代的思想家,特别是伽利略之前的思想家是不同的,这就是现代力学的区别。从这里还可以看出,有时候,“惯常思维”和“科学思维”的差别非常大。

对于刚才的讨论,我们还需要说明一点,固定不动的物体所受到的摩擦力也是外力,摩擦力的作用不能使物体运动,却阻碍了物体的运动。

此外,还有一点需要强调,物体并不是趋于保持静止状态,而仅仅是保持在静止状态。这两者的差别就像一个从来不出门的人和一个很少在家、只要有一点儿小事就出门的人的差别。对于物体来说,它不是“一个从来不出门的人”,而是具有高度活动性,只要向它加一个非常微小的力量,它就会开始运动。所以,我们不能说物体趋于保持静止状态。物体在脱离了原来的静止状态后,并不会自己回到原来的静止状态,而是一直在此前所给的微小的力的作用下保持运动状态。

还有一种说法也很常见,有人认为“物体会抗拒作用在它身上的力”。这个说法明显是不对的。当我们往杯子里的茶放糖的时候,茶会有阻碍作用吗?

在物理和力学的课本中,很多说法都是不严谨的,比如,很多地方出现了“趋向于”这三个字,这是不少对惯性误解的来源。这种说法不利于正确理解牛顿第三定律。