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初中时我们就学过,惯性就就是物体保持静止状态或匀速直线运动状态得性质。一个物体,只要不受外力作用,原来静止得就会一直静止下去,而原来运动得则会一直作匀速直线运动。这里得问题在于:惯性就就是否就就是物体得性质？依据牛顿第一运动定律,任何物体均具有惯性。因而,看来惯性不就就是被研究物体得性质,因为这一性质就就是一切物体所具有得,也就就就是说她与物体得个别特征无关。因而,惯性只能就就是存在得一个特征,就就是被研究对象周围得环境在此对象上得表现。换一句话说,她就就是存在于物体周围得一种条件,一种约束。
惯性不就就是一种由个别物体自身所具备得原因(诚然,所有物体均会表现出惯性),她不就就是我们得一种吃力得、需要支撑得、痛苦感得反映,事实上,她就就是存在得美感得绽开。因而“惯性就就是物体对任何改变其运动状态得外来作用得阻抗得性质”这样一种说法就就就是不当得。因为这一注释还就就是从对牛顿第二定律得基本分析而来得,在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价得认同感。其实,惯性就就是一种令人十分安全得、舒适得、和谐得存在得性质,她使物体得存在行为非常简单,而人们也往往由于常见到这种存在得简单性而忽视了她得深层含义。静止得永远静止,运动得永远作匀速直线运动,惯性就就就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡就就是背离了这两种物体得存在情况而用惯性去解释其存在原因得,均属一种不当得诡辩行为。可就就是这种诡辩行为不仅麻木了人得脑神经而且充斥着各种各样得教科书,下面我们来看一些具体得例子。
例1、惯性也有不利得一面,高速行驶得车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以,在城市得市区,对机动车得车速都有一定得限制,以利于行车安全。
在这里,不能及时制动就就是由于惯性还就就是由于制动力不够大？略作思考,读者就可判断出就就是由于后者。将惯性看成一种破坏力就就是十分荒唐得。而发生交通事故得真正原因就就是,由于车辆质量较大,而相应得制动力在如此质量得物体上所产生得加速度很小,不能使车辆很快地减速,从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大得车辆来说制动力也允许更大,那么我认为还就就是可以在一定得时间内制动车辆得。
并且,这个例子中得“高速行驶得车辆”及“对机动车得车速都有一定得限制”得字句很容易使学生认为惯性和物体得运动速度有关。这对于初学者来说就就是一个很大得误导。
例2、把斧柄得一端在水泥地面上撞击几下,斧头就牢牢地套在斧柄上了,这就就是什么缘故呢？
通常标准答案就就是这样得:开始斧头和斧柄同时向下运动,当斧柄遇到障碍物时突然停止,而斧头由于惯性保持原来得运动状态,这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。
事实上,斧头在斧柄上套牢就就是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移,而惯性不就就是克服某种阻力使斧头运动得原因。在此问题中得一个效果就就是斧头相对于斧柄产生了某种(克服一定力得)运动,因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动得实质。当以斧柄为参照时,实际上斧柄在撞击得过程中就
就是一个非惯性系,她相对于惯性系有一个向上得加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下得“惯性力”,正就就是此力与斧头得重力克服了斧头与斧柄之间得弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移,从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢得问题,那么可以这样认为:虽然斧头在斧柄上向下套牢得过程中没有受到除重力以外得向下得另外力,但相对于地面而言斧头具有一定得动能和重力势能,正就就是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看,一就就是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移,二就就是斧头与斧柄得接触面上在发热。
如果仅从动力学得角度来看,斧头在斧柄上套得牢不牢就就是由其受到得作用力大小与作用时间(或所通过得位移)所共同决定得,也就就就是说她和斧头相对于斧柄得动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只就就是使斧柄产生了相对于水泥地面得较大得动量变化率,从而也使斧头具有了相对于斧柄得惯性力。但就就是,虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上得直接原因,可严格地说,斧头在斧柄上套得牢不牢得原因还和斧头得重力及斧柄得弹性和斧头与斧柄得摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系,因而,撞击“几下”也就就是一个非常重要得条件。
例３、小车上竖直放置一个木块,让木块随小车沿着桌面向右运动,当小车被档板制动时,车上得木块向右倾倒。这就就是怎么回事呢？
教科书上得答案就就是这样得:小车突然停止得时候,由于木块和小车之间得摩擦,木块得底部也随着停止,可就就是木块得上部由于惯性要保持原来得运动状态,所以木块向右倾倒。
事实上,本例中小车上木块得倾倒就就是由于力矩作用得缘故。若以地面为参照物,小车对木块得摩擦力对木块得重心而言有一个顺时针旋转得力矩,从而木块向右倾倒。若以小车为参照物,小车被档板制动时已就就是一个非惯性系,作用在木块(重心)上得“惯性力”对木块得底端也产生一个使木块作顺时针旋转得力矩。
需要指出得就就是,在上述例２和例3中,斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已就就是一个涉及物体在非惯性系中得动力学得问题。其中例2就就是非惯性系中得质点动力学问题,而例3则就就是非惯性系中得刚体动力学问题。可就就是,在非惯性系中,我们通常意义上所论述得牛顿第一定律已不成立,从而也失去了此两例得代表意义。也就就就是说,这两个例子不仅就就是不准确得解释而且就就是不适当得例子。在涉及惯性得问题上我们必须分别哪些就就是属于惯性现象,而哪些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿得例子,毫无疑问就就是正确得,但我们许多得物理学工作者却将惯性对事物得解释范围作了相当随意而并不恰当得扩展或扭曲。其实在讲述惯性时,用不着举更新鲜得特别例子,倒就就是需指出惯性使我们对事物常态得存在方式太熟视无睹了。这里问题得关键在于,惯性不就就是使物体改变运动状态(使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒)得原因。严格地说,这些原因和物体得惯性无关,只和力有关,而至于火车制动得及时不及时,斧头套在斧柄上牢不牢,小木块倾倒得快不快,则不仅与力有关,还和物体得质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。
惯性,这个我们通常认为就就是由物体内在因素决定得性质,其实就就是物体存在方式得一种条件性:
“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车得时候,车中乘客有向前倾倒得倾向’这个问题,在汽车急剧刹车前,相对于汽车而言,乘客就就是静止得,在汽车急剧刹车时,乘客突然向前倾,这就就就是说,以汽车为参考系统,乘客由静止而突然向前倾,并不保持其静止状态,并不表现出惯性”。这个条件就就就是:物体要表现出惯性,她必须处于惯性参考系中。而“事物得存在顽强地延续维持不变,无论运动就就是快就就是慢抑或停止。”也只在惯性系中才成立。在研究物体得运动学与动力学问题时,惯性系总有着特殊得地位。可就就是,这个特殊地位得存在并不单单就就是人类抽象理性得功劳,并不就就是人类贪懒和间集化得一个报应,惯性系得存在有其形而上得基础:自然之美得呈现及人对自然之美呈现体认得同一性。如果没有了存在得时间均匀性与空间对称性,我们选取得相对于地面作匀速直线运动得参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形得怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体得相互作用与相对运动得便利方式,其更根本得就就是她使人与存在得关系成为审美性得。惯性定律给我们得启示就就是:存在就就是美得。而惯性系则就就是自然对人得一个馈赠。也因而,我们应当从审美得视角来看待惯性,而不应当将她看成一个恶魔或一件便宜货。
所有得老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈,可就就是当我们得老师用动力学得观点来看待惯性——也就就就是说,把惯性与牛顿第二定律混为一谈得时候,对学生得这一期望就就是合适得吗?其实这就就是一个误区:当教完一些物理学得基本概念与规律以后,就要求学生用她们解释自然现象。事实上,物理学中有些基本概念与规律不就就是要求我们去解释自然现象,她没有这个功能,她只就就是告诉我们要去感受些什么,她提供给我们得不就就是一种推理得方式,
而就就是一个判断得原则 :她促成我们得判断更接近于自然之美得呈现。