慣性不是力,為何還有慣性力?

2020-09-24 刁博

把石頭扔出去,石頭脫離手後還會繼續向前運動。在亞里斯多德那個時代裡,人們認為石頭向前運動是因為受到向前的力的原因。也就是說必須有力作用在物體上,物體才能運動。儘管那個時候人們對力還沒有清晰的概念。

中世紀末期的義大利科學家伽利略通過分析自己的設計的思想實驗,認為一個運動的物體如果不受到力的作用將會一直做勻速直線運動。之後牛頓在伽利略等人成就的基礎上總結出牛頓第一定律:一切物體總有保持靜止或勻速直線運動狀態的性質,只有作用在物體上面的力才能改變物體的運動狀態。

物體保持原來運動狀態的性質就是慣性。拋出去的石頭已經脫離了手,手不會再給石頭施加力,石頭能夠向前運動是因為石頭要保持原來的運動狀態。運動的車急剎車時,車裡的乘客會向前傾也是因為慣性的原因。從亞里斯多德到牛頓,經歷了將近兩千年的時間,人類終於能夠對這種簡單的運動有了深刻的認識。牛頓建立起完整的力學體系後,大到天體的運動,小到蘋果的落地,都要遵從牛頓的指揮。

可是牛頓運動定律也有不成立的時候,哪怕是在低速宏觀世界裡。舉一個例子,靜止的火車裡有一張光滑的桌子,桌子上靜止放置一物體。此時坐在火車車廂裡的人會觀察到桌子上的物體處在靜止狀態。在這個人看起來桌子上的物體會受到重力和支持力,兩個力的合力為0,物體恰好處在靜止狀態。某一時刻火車突然加速,車廂裡的人就會觀察到物體在加速運動。而這個物體仍然只受到重力和支持力,兩個力的合力仍然為0。合力為0的物體卻在加速運動,這與牛頓運動定律相矛盾。

物體是靜止還是運動與選擇的參考系有關,在剛才的例子中涉及到兩種參考系——慣性系和非慣性系。車廂靜止時,合力為0的物體處在靜止狀態,此時符合牛頓運動定律,這時車廂就是一個慣性參考系。車廂加速運動時,合力為0的物體在乘客看起來是加速運動的,因為這時的車廂已不再是慣性參考系,而是非慣性參考系。牛頓運動定律只在慣性系中成立,在非慣性系中不成立。

牛頓建立起來的經典力學體系是非常好用的,人們也希望將牛頓運動定律拓展到非慣性系中,於是有了慣性力這個概念。物體在非慣性系中可以假想它受到一個慣性力,有了慣性力牛頓運動定律在非慣性系中就可以繼續成立了。在剛才的例子中可以假設桌子上的物體受到一個水平方向的慣性力,有了這個慣性力物體受到的合力便不再是0,這樣非慣性系中的觀察者就不會對物體的運動感到困惑了。

汽車拐彎速度過大時容易發生側滑,汽車就會從公路上甩出去。汽車甩出去了,有人說這是因為離心力過大。離心力就是轉動參考系中的一種慣性力,這種力本身是不存在的,也是為了讓牛頓運動定律成立假想出來的力。在轉動參考系中運動還會涉及到科裡奧利力這種慣性力。地球是在轉動的,在地面附近高速或長距離運動時就要考慮科裡奧利力的影響了。北半球右側的河岸被衝刷得比較嚴重就是科裡奧利力的緣故。

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    下面是《2018初中物理知識點:慣性和慣性定律》,僅供參考!   慣性和慣性定律:     1、伽利略斜面實驗:     ⑴三次實驗小車都從斜面頂端滑下的目的是: 。     ⑵實驗得出得結論:在同樣條件下,平面越光滑,小車前進地越遠。
  • 引力質量、慣性質量與慣性強度
    慣性質量是以相應的力加速一定質量的物體實現的加速度值來衡量的物體質量。即以物體抵抗外力的能力來衡量物體的質量,用抵抗物體重力的力衡量的質量就是前面所說的引力質量。地球表面大約9.8牛頓力就是1千克物體質量,在月球表面大約1.7牛頓力是1千克物體質量,很明顯這是同一物體在不同星體表面上受到的引力發生了改變而非物體的質量發生了改變,就是用水平加速法或離心加速法測定,這種差別都是一樣的,這種加速物體測定質量的方法卻不會在星體內部表面、近距離產生趨於「零」質量的情況,但是在遠離各種星體星系時就會產生趨於「零」質量的情況,這是此前的力學認識沒有認識到的。
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    ④伽科略斜面實驗的卓越之處不是實驗本身,而是實驗所使用的獨特方法——在實驗的基礎上,進行理想化推理。(也稱作理想化實驗)它標誌著物理學的真正開端。牛頓第一定律①牛頓總結了伽利略、笛卡兒等人的研究成果,得出了牛頓第一定律,其內容是:一切物體在沒有受到力的作用的時候,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。
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    愛因斯坦沒有解釋出慣性的本質,但他深化了我們對慣性的認識!艾薩克·牛頓在巨著《自然哲學的數學原理》裡定義慣性為:慣性是物質固有的力,是一種抵抗的現象,它存在於每一物體當中,大小與該物體相當,並儘量使其保持現有的狀態,不論是靜止狀態,或是勻速直線運動狀態。而慣性系是一個描述運動的參考系統。
  • 高一物理教學教案:慣性系和非慣性系
    ;   (2)知道牛頓運動定律在慣性系中成立;   (3)知道什麼是慣性力.   教學建議   教材分析   (1)教材首先引入了《關於兩種世界體系的對話》中一段在船艙裡觀察到現象的描述,並通過對它的分析和實例對比引入了慣性參考系和非慣性參考系的概念.指出了常用到的慣性參考系.   (2)通過對實例的進一步分析,引入了在非慣性參考系中存在的慣性力及其規律,並在升降機實例中簡單應用.
  • 慣性定律
    慣性定律   一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態