淺談慣性與慣性力

1、淺談慣性與慣性力學(xué)生：邵明杰 指導(dǎo)老師：彭昌寧隴東學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000摘 要: 慣性是物理學(xué)中最基本的概念之一，也是學(xué)習(xí)物理學(xué)最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經(jīng)引導(dǎo)許多物理學(xué)家深入思考和剖析，促進(jìn)物理學(xué)重大進(jìn)展，其中蘊(yùn)涵著深刻的物理思想和豐富的物理學(xué)研究方法的教益，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地思考問(wèn)題的能力非常有效的素材對(duì)經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi)現(xiàn)行的慣性觀提出了不同的看法，認(rèn)為對(duì)于慣性要區(qū)分：個(gè)別對(duì)象的性質(zhì)與存在的性質(zhì)；保持某種狀態(tài)的性質(zhì)與改變某種狀態(tài)的性質(zhì)；物的動(dòng)力學(xué)特性與審美性。物體受力在做加速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象與物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到慣性力的現(xiàn)象（或者說(shuō)參照系受

2、到力看到不受力的物體做加速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象）是等效的。(沒有接觸任何物體時(shí)的物體加速度。）關(guān)鍵詞: 慣性；物體；慣性力；存在；時(shí)間；空間；Abstract: Inertia is one of the most basic concept in physics, but also to learn the concept of physics, one of the first encounter. The concept of a very ordinary and extraordinary number of physicists have been guided in-depth think

3、ing and analysis of significant progress in the promotion of physics, which implies a profound physical ideas and a wealth of physics research methods, lessons learned, is to train students to think scientifically in power is very effective material, This paper puts forward a different viewpoint to

4、current inertial view inside classical mechanics scope and claims that we should distinguish the property of an object of study from the property of existence,the property of keeping the kind of state from the property of changing the kinds of states,and that we should also focus our attention on th

5、e dynamic characteristic and the appreciation of the beauty of physical law. Object force is doing to accelerate the movement phenomena and objects at rest or a state of uniform linear motion inertial force of the phenomenon (or reference by the power of seeing objects do not force the phenomenon of

6、 acceleration) are equivalent. (No contact with any object when the object acceleration.)Key words: Inertia; Object；Inertial force；Existence; Time; Space；慣性是物理學(xué)中最基本的概念之一，也是學(xué)習(xí)物理學(xué)最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經(jīng)引導(dǎo)許多物理學(xué)家深入思考和剖析，促進(jìn)物理學(xué)重大進(jìn)展，其中蘊(yùn)涵著深刻的物理思想和豐富的物理學(xué)研究方法的教益，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地思考問(wèn)題的能力非常有效的素材慣性是經(jīng)典力學(xué)中的一個(gè)基本概念，同時(shí)它又是人們?nèi)?/p>

7、常生活中的一個(gè)基礎(chǔ)性觀念，并且慣性也是經(jīng)常被物理學(xué)界討論的一個(gè)話題?？墒?，盡管經(jīng)典力學(xué)經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的時(shí)期，大部分的物理教師在此問(wèn)題上還存在著很多的混亂性，本文試從幾個(gè)方面對(duì)慣性進(jìn)行了討論，望引起大家的共識(shí)。 一、慣性的概念及影響什么是慣性？慣性是什么？ 一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 這就是牛頓第一定律。物體的這種保持原來(lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性。慣性一般是指物體不受外力作用時(shí)，保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性。人們對(duì)于慣性這一認(rèn)識(shí)有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對(duì)于力的認(rèn)識(shí)以及區(qū)分運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的認(rèn)識(shí)，這一點(diǎn)在人類認(rèn)識(shí)發(fā)展史上經(jīng)

8、歷了漫長(zhǎng)的歲月。 我們發(fā)現(xiàn)物體具有保持靜止的性質(zhì)的時(shí)候，認(rèn)為力使物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，力消失后物體還是保持靜止。物體的運(yùn)動(dòng)是力的結(jié)果。后來(lái)發(fā)現(xiàn)一旦物體具有某一速度，物體將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。再后來(lái)發(fā)現(xiàn)，如果沒有其他原因，運(yùn)動(dòng)的物體將繼續(xù)以同一受到沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，即不會(huì)停下來(lái)，也不會(huì)偏離原來(lái)的方向。此時(shí)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體具有保持運(yùn)動(dòng)不變的性質(zhì)。當(dāng)時(shí)得出，運(yùn)動(dòng)的物體所以會(huì)停下來(lái)，是因?yàn)槭艿酵饬Φ慕Y(jié)果?？赡苷J(rèn)為物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，物體之所以靜止是因?yàn)槭艿搅Φ慕Y(jié)果?？赡苷J(rèn)為物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)與物體具有保持靜止的性質(zhì)是相對(duì)立的，不相容的。直到牛頓時(shí)候，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的物體保持運(yùn)動(dòng)，靜

9、止的物體保持靜止。力可以使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，力可以使運(yùn)動(dòng)的物體靜止下來(lái)。物體具有保持靜止的性質(zhì)，力能使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，外力消失時(shí)，物體保持此時(shí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，而不是再保持靜止?fàn)顟B(tài)。一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。靜止的物體具有靜能，運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能。力使物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，力使物體由靜能變?yōu)閯?dòng)能，能量增加。力使物體由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，力使物體由動(dòng)能變?yōu)殪o能，能量減少。力是一種能量。 力使靜止的物體運(yùn)動(dòng)起來(lái)，外力消失后，物體不是再保持靜止，而是保持此時(shí)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。靜止的物體保持靜止。-就是說(shuō)，物體本身具有保持能量（不變）的性質(zhì)。力是

10、物體對(duì)物體的作用（力的概念），只要有力發(fā)生，就一定要有受力物體和施力物體。物體能受力，物體具有接受力的性質(zhì)，物體具有接受能量的性質(zhì)。物體能施力，物體具有施放能量的性質(zhì)。物體具有改變能量的性質(zhì)。 物體本身具有保持能量不變的性質(zhì)，同時(shí)具有對(duì)外施放能量的性質(zhì)，具有接受能量的性質(zhì)。 大家知道，慣性是物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。一個(gè)物體，只要不受外力作用，原來(lái)靜止的就會(huì)一直靜止下去，而原來(lái)運(yùn)動(dòng)的則會(huì)一直作勻速直線運(yùn)動(dòng)。這里的問(wèn)題在于：慣性是否是物體的性質(zhì)？依據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律，任何物體均具有慣性。因而，看來(lái)慣性不是被研究物體的性質(zhì)，因?yàn)檫@一性質(zhì)是一切物體所具有的，也就是說(shuō)它與物體的個(gè)別特征

11、無(wú)關(guān)。因而，慣性只能是存在的一個(gè)特征，是被研究對(duì)象周圍的環(huán)境在此對(duì)象上的表現(xiàn)。二、慣性與能量 對(duì)于慣性認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要進(jìn)展是慣性與能量的關(guān)系。 能量是物理學(xué)里普遍關(guān)注的問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)的物體有動(dòng)能；相互作用的物體有勢(shì)能，如重力勢(shì)能、引力勢(shì)能、電勢(shì)能等等；其他還有熱能等等。在研究彈性變形體和流體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)受應(yīng)力的物體的勢(shì)能分歸屬于物體的每一部分，而流體的輸運(yùn)則伴隨有能量的傳送。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論建立和被赫茲電磁波實(shí)驗(yàn)證實(shí)之后，人們認(rèn)識(shí)到電磁作用是通過(guò)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，電磁場(chǎng)的實(shí)在性在認(rèn)識(shí)上開始形成，場(chǎng)中不僅貯存有能量，能量的傳送也是通過(guò)場(chǎng)來(lái)傳輸?shù)?，即存在能流：能流與場(chǎng)的動(dòng)量聯(lián)系在一起。人們研究電子的

12、運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)電子周圍存在變化的電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)又產(chǎn)生磁場(chǎng)，兩者的共存又導(dǎo)致存在能流和動(dòng)量，它們同電子的速度平行。因此這一附加的動(dòng)量意味著電子存在附加的慣性質(zhì)量。有一時(shí)期，甚至有人猜測(cè)可能電子的全部質(zhì)量來(lái)源于電磁場(chǎng)。這里第一次遇到電磁能量的慣性，提示了慣性與能量的聯(lián)系。 1905年愛因斯坦發(fā)表狹義相 對(duì)論，這是一個(gè)嶄新的物理理論，它統(tǒng)一了力學(xué)理論和電磁學(xué)理論，帶來(lái)了時(shí)空觀的根本變革。愛因斯坦隨后證明質(zhì)能關(guān)系，E=mc2，一定的質(zhì)量對(duì)應(yīng)于一定的能量，反之一定的能量對(duì)應(yīng)一定的質(zhì)量。在這里，能量包括了能量的各種形式，突破了上面把某一種形式的能量與慣性聯(lián)系起來(lái)的認(rèn)識(shí)。這樣，慣性是能量的屬性，能量具有慣性（

13、質(zhì)量），任何慣性質(zhì)量都應(yīng)歸因于能量。作為物理學(xué)基本概念和物質(zhì)的量的質(zhì)量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、動(dòng)量等概念要比質(zhì)量、力等概念要重要得多。 能量具有慣性拓寬了對(duì)于慣性的認(rèn)識(shí)，也拓寬了對(duì)于能量的認(rèn)識(shí)。它帶來(lái)的重大實(shí)用價(jià)值就是核能的釋放。在裂變反應(yīng)中，裂變產(chǎn)物的靜質(zhì)量小于裂變前物質(zhì)的靜質(zhì)量，質(zhì)量虧損釋放出大量裂變能；在聚變反應(yīng)中，聚變產(chǎn)物的靜質(zhì)量小于聚變前物質(zhì)的靜質(zhì)量，質(zhì)量虧損釋放出大量的聚變能。它也使得人們很好地認(rèn)識(shí)許多物理現(xiàn)象，包括涉及物質(zhì)的全部質(zhì)量與能量轉(zhuǎn)化的正反粒子對(duì)的產(chǎn)生和湮沒過(guò)程。 換一句話說(shuō)，它是存在于物體周圍的一種條件，一種約束。三、慣性與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化無(wú)關(guān) 慣性不

14、是一種由個(gè)別物體自身所具備的原因（誠(chéng)然，所有物體均會(huì)表現(xiàn)出慣性），它不是我們的一種吃力的、需要支撐的、痛苦感的反映，事實(shí)上，它是存在之美感的綻開。因而“慣性是物體對(duì)任何改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的外來(lái)作用的阻抗的性質(zhì)”這樣一種說(shuō)法就是不當(dāng)?shù)?。因?yàn)檫@一注釋還是從對(duì)牛頓第二定律的基本而來(lái)的，在這一注釋中已經(jīng)隱藏了牛頓第二定律及對(duì)慣性與物體質(zhì)量等價(jià)的認(rèn)同感。其實(shí)，慣性是一種令人十分安全的、舒適的、和諧的存在之性質(zhì)，它使物體的存在行為非常簡(jiǎn)單，而人們也往往由于常見到這種存在的簡(jiǎn)單性而忽視了它的深層含義。靜止的永遠(yuǎn)靜止，運(yùn)動(dòng)的永遠(yuǎn)作勻速直線運(yùn)動(dòng)，慣性就是將存在如此單調(diào)而重復(fù)地顯現(xiàn)在人們眼前。凡是背離了這兩種物體的存

15、在情況而用慣性去解釋其存在原因的，作者以為均屬一種不當(dāng)?shù)脑庌q行為?？墒沁@種詭辯行為不僅麻木了人的腦神經(jīng)而且充斥著各種各樣的教科書，我們來(lái)看一些下面的例子。 例1慣性也有不利的一面，高速行駛的車輛因慣性而不能及時(shí)制動(dòng)常造成事故。所以，在城市的市區(qū)，對(duì)機(jī)動(dòng)車的車速都有一定的限制，以利于行車安全。 在這里，不能及時(shí)制動(dòng)是由于慣性還是由于制動(dòng)力不夠大？略作思考，我們就可判斷出是由于后者。將慣性看成一種破壞力是十分荒唐的。而發(fā)生交通事故的真正原因是，由于車輛質(zhì)量較大，而相應(yīng)的制動(dòng)力在如此質(zhì)量的物體上所產(chǎn)生的加速度很小，不能使車輛很快地減速，從而在短時(shí)間內(nèi)停下來(lái)。倘若對(duì)于質(zhì)量較大的車輛來(lái)說(shuō)制動(dòng)力也允許更大

16、，那么作者認(rèn)為還是可以在一定的時(shí)間內(nèi)制動(dòng)車輛的。 并且，這個(gè)例子中的“高速行駛的車輛”及“對(duì)機(jī)動(dòng)車的車速都有一定的限制”的字句很容易使學(xué)生認(rèn)為慣性和物體的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。這對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的誤導(dǎo)。 例2把斧柄的一端在水泥地面上撞擊幾下，斧頭就牢牢地套在斧柄上了，這是什么緣故呢？ 通常標(biāo)準(zhǔn)答案是這樣的：開始斧頭和斧柄同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)斧柄遇到障礙物時(shí)突然停止，而斧頭由于慣性保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣斧頭就牢牢地套在斧柄上了。 事實(shí)上，斧頭在斧柄上套牢是由于斧頭克服了阻力相對(duì)于斧柄運(yùn)動(dòng)了一段位移，而慣性不是克服某種阻力使斧頭運(yùn)動(dòng)的原因。在此中的一個(gè)效果是斧頭相對(duì)于斧柄產(chǎn)生了某種（克服一定力的）運(yùn)

17、動(dòng)，因而我們必須以斧柄為參照系來(lái)考察此種運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)。當(dāng)以斧柄為參照時(shí)，實(shí)際上斧柄在撞擊的過(guò)程中是一個(gè)非慣性系，它相對(duì)于慣性系有一個(gè)向上的加速度。因而斧頭在此參照系中必受到一個(gè)向下的“慣性力”，正是此力與斧頭的重力克服了斧頭與斧柄之間的彈力與摩擦阻力使斧頭相對(duì)于斧柄前進(jìn)了一段位移，從而使斧頭在斧柄上套牢。如果一定要以地面為參照系來(lái)看斧頭在斧柄上套牢的問(wèn)題，那么可以這樣認(rèn)為：雖然斧頭在斧柄上向下套牢的過(guò)程中沒有受到除重力以外的向下的另外力，但相對(duì)于地面而言斧頭具有一定的動(dòng)能和重力勢(shì)能，正是這個(gè)能量克服了阻力作功從而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。所以從效果上看，一是斧頭相對(duì)于斧柄向下移動(dòng)了一段位移，二是斧頭與斧柄的接

18、觸面上在發(fā)熱。 如果僅從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看，斧頭在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小與作用時(shí)間（或所通過(guò)的位移）所共同決定的，也就是說(shuō)它和斧頭相對(duì)于斧柄的動(dòng)能或動(dòng)量變化有關(guān)。斧柄在“水泥地面”上“撞擊”這兩個(gè)條件只是使斧柄產(chǎn)生了相對(duì)于水泥地面的較大的動(dòng)量變化率，從而也使斧頭具有了相對(duì)于斧柄的慣性力。但是，雖然這個(gè)慣性力構(gòu)成了斧頭套牢在斧柄上的直接原因，可嚴(yán)格地說(shuō)，斧頭在斧柄上套得牢不牢的原因還和斧頭的重力及斧柄的彈性和斧頭與斧柄的摩擦力大小均有關(guān)系。并且斧頭在斧柄上套得牢不牢和作用時(shí)間也大有關(guān)系，因而，撞擊“幾下”也是一個(gè)非常重要的條件。 例3小車上豎直放置一個(gè)木塊，讓木塊隨小車沿著桌面向右

19、運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車被檔板制動(dòng)時(shí)，車上的木塊向右傾倒。這是怎么回事呢？ 教科書上的答案是這樣的：小車突然停止的時(shí)候，由于木塊和小車之間的摩擦，木塊的底部也隨著停止，可是木塊的上部由于慣性要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以木塊向右傾倒。事實(shí)上，本例中小車上木塊的傾倒是由于力矩作用的緣故。若以地面為參照物，小車對(duì)木塊的摩擦力對(duì)木塊的重心而言有一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩，從而木塊向右傾倒。若以小車為參照物，小車被檔板制動(dòng)時(shí)已是一個(gè)非慣性系，作用在木塊（重心）上的“慣性力”對(duì)木塊的底端也產(chǎn)生一個(gè)使木塊作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩。 需要指出的是，在上述例2和例3中，斧頭在斧柄上套牢和木塊在小車上傾倒已是一個(gè)涉及物體在非慣性系中的動(dòng)力

20、學(xué)的問(wèn)題。其中例2是非慣性系中的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，而例3則是非慣性系中的剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?？墒?，在非慣性系中，我們通常意義上所論述的牛頓第一定律已不成立，從而也失去了此兩例的代表意義。也就是說(shuō)，這兩個(gè)例子不僅是不準(zhǔn)確的解釋而且是不適當(dāng)?shù)睦?。在涉及慣性的問(wèn)題上我們必須分別那些是屬于慣性現(xiàn)象，而那些則不屬于慣性現(xiàn)象即為動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。牛頓的例子，毫無(wú)疑問(wèn)是正確的，但我們?cè)S多的物工作者卻將慣性對(duì)事物的解釋范圍作了相當(dāng)隨意而并不恰當(dāng)?shù)臄U(kuò)展或扭曲。其實(shí)在講述慣性時(shí)，用不著舉更新鮮的特別例子，倒是需指出慣性使我們對(duì)事物常態(tài)的存在方式太熟視無(wú)睹了。這里問(wèn)題的關(guān)鍵在于，慣性不是使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（使火車制動(dòng)、使斧頭

21、套牢在斧柄上、使小木塊傾倒）的原因。嚴(yán)格地說(shuō)，這些原因和物體的慣性無(wú)關(guān)，只和力有關(guān)，而至于火車制動(dòng)得及時(shí)不及時(shí)，斧頭套在斧柄上牢不牢，小木塊傾倒得快不快，則不僅與力有關(guān)，還和物體的質(zhì)量、形體、初速度有關(guān)。但即使如此地與質(zhì)量和初速有關(guān)卻也與慣性無(wú)關(guān)。 慣性，這個(gè)我們通常認(rèn)為是由物體內(nèi)在因素決定的性質(zhì)，其實(shí)是物體存在方式的一種條件性：“試取汽車為系統(tǒng)來(lái)當(dāng)汽車急劇剎車的時(shí)候，車中乘客有向前傾倒的傾向這個(gè)，在汽車急劇剎車前，相對(duì)于汽車而言，乘客是靜止的，在汽車急劇剎車時(shí)，乘客突然向前傾，這就是說(shuō)，以汽車為參考系統(tǒng)，乘客由靜止而突然向前傾，并不保持其靜止?fàn)顟B(tài)，并不表現(xiàn)出慣性”。這個(gè)條件就是：物體要表現(xiàn)出

22、慣性，它必須處于慣性參考系中。而“事物的存在頑強(qiáng)地延續(xù)維持不變,無(wú)論運(yùn)動(dòng)是快是慢抑或停止?！币仓辉趹T性系中才成立。在研究物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，慣性系總有著特殊的地位?？墒?，這個(gè)特殊地位的存在并不單單是人類抽象理性的功勞,并不是人類貪懶和間集化的一個(gè)報(bào)應(yīng)，慣性系的存在有其形而上的基礎(chǔ)：之美的呈現(xiàn)及人對(duì)自然之美呈現(xiàn)體認(rèn)的同一性。如果沒有了存在的時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性，我們選取的相對(duì)于地面作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系對(duì)研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題而言也就將成為一個(gè)畸形的怪胎。慣性系不僅在上向人類提供了聯(lián)系物體的相互作用與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的便利方式，其更根本的是它使人與存在的關(guān)系成為審美性的。慣性定律給我們的啟示是：存在是

23、美的。而慣性系則是自然對(duì)人的一個(gè)饋贈(zèng)。也因而，我們應(yīng)當(dāng)從審美的視角來(lái)看待慣性，而不應(yīng)當(dāng)將它看成一個(gè)惡魔或一件便宜貨。 當(dāng)物體所受的合外力為零時(shí)，從牛頓第二定律可知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或作勻速直線運(yùn)動(dòng)?？墒?，僅依據(jù)這一點(diǎn)卻不能認(rèn)為牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個(gè)特例。因?yàn)檫@兩個(gè)定律的論述對(duì)象其實(shí)是不一樣的。牛頓第二定律的研究對(duì)象是一個(gè)物體，而牛頓第一定律論述的是整個(gè)存在的性質(zhì)。慣性這個(gè)任何物體均具有的性質(zhì)其實(shí)不是我們的個(gè)別研究對(duì)象所具有的性質(zhì)，因?yàn)檫@個(gè)“任何物體”，包括了天地間的萬(wàn)物，而萬(wàn)物的總稱即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙”.也即任何個(gè)別的物體都不可能無(wú)條件地具有慣性：慣性是存在的特性，

24、是存在著的時(shí)空的特性，是宇宙的特性。 其次，牛頓第二定律是關(guān)于個(gè)別物體因果性的規(guī)律，而牛頓第一定律卻與個(gè)別物體的因果性無(wú)關(guān)，它是存在之狀態(tài)的表述，它的表述是與具體的特定的時(shí)間無(wú)關(guān)的、瞬時(shí)性的。正是這種非時(shí)間性構(gòu)成了牛頓力學(xué)的本質(zhì)特征。也正是牛頓第一定律所成立的時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性構(gòu)成了慣性系的特殊地位，從而使我們可以在牛頓第二定律的意義上來(lái)研究物體的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。因?yàn)楹翢o(wú)疑問(wèn)，物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和規(guī)律與采用怎樣的空間和時(shí)間來(lái)度量有著密切的關(guān)系。由此可見，不僅牛頓第一定律不是牛頓第二定律和特例，恰恰相反，現(xiàn)行的動(dòng)力學(xué)規(guī)律正是牛頓第一定律所揭示的存在之性在具體的個(gè)體事物上的展現(xiàn)。慣性定律比牛頓第二定律

25、具有更強(qiáng)的基礎(chǔ)性。也就是說(shuō)，正是慣性現(xiàn)象，構(gòu)成了牛頓動(dòng)力學(xué)所以成立的操作平臺(tái)。由于物體在不受外力作用下保持其速度不變，因而物體運(yùn)動(dòng)速度的變化才跟物體的受力相關(guān)。 最后，牛頓把慣性定律放在三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律的首位也是與其對(duì)自然的信仰因素有關(guān)的。因?yàn)樵谖乃噺?fù)興之前的絕大部分思想家繼承了亞里士多德關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)內(nèi)在決定論的觀點(diǎn)。但在牛頓看來(lái)，基本的物質(zhì)粒子完全是惰性的，沒有任何自發(fā)的運(yùn)動(dòng)，而電、磁、光這些非物質(zhì)的力量則成為神在自然中的行動(dòng)的載體。也就是說(shuō)，慣性定律內(nèi)隱含著牛頓否定亞里士多德運(yùn)動(dòng)觀的內(nèi)在目的論從而建立新力學(xué)的形而上基礎(chǔ)。 四、慣性與具體物體的質(zhì)量無(wú)關(guān) 從上面的討論可以看出：“質(zhì)量是物體慣性大小

26、的量度”這個(gè)論題，在幾個(gè)角度去看都是錯(cuò)誤的。第一，質(zhì)量不是物體慣性大小的量度。個(gè)別對(duì)象的質(zhì)量與其所揭示的慣性毫無(wú)關(guān)聯(lián)。因?yàn)檫@兩者從數(shù)量上來(lái)看是一對(duì)無(wú)窮大的關(guān)系，從上來(lái)看是個(gè)體與存在的關(guān)系，在它們之間，人類的理性不可能找到邏輯上的因果鏈。第二，“物體（的）慣性”這樣的說(shuō)法缺乏依據(jù)，因?yàn)閼T性不是物體的性質(zhì)。物體只是作為慣性的表現(xiàn)者而存在的。第三，“慣性（的）大小”這樣的說(shuō)法也缺乏依據(jù)，因?yàn)閼T性沒有大小，慣性只是存在的一種表達(dá)方式，一種特定狀態(tài)的顯現(xiàn)。第四，既然慣性并無(wú)大小，我們也不可去進(jìn)行量度，事實(shí)上，任何一本教科書上也沒有指出慣性與質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系，因?yàn)檫@一函數(shù)關(guān)系并不存在，它只是人們的一個(gè)虛假的

27、邏輯推測(cè)，誰(shuí)也不能證明質(zhì)量與慣性成正比或不成正比 ，更不能得出它們之間的比例系數(shù)，因?yàn)檫@些關(guān)系均是虛假的。因而，物界流傳的物體的慣性等于它的質(zhì)量只是人們一個(gè)隨心所欲的錯(cuò)誤言說(shuō)。 由于物體質(zhì)量與慣性無(wú)關(guān)，所以，將牛頓第二定律中的質(zhì)量稱為慣性質(zhì)量就是不當(dāng)?shù)?，質(zhì)量的確對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變有一種象力一樣的阻抗作用，質(zhì)量在改變物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)上而言似乎有一種“消解”、“抗拒”力的性質(zhì)。因而作者認(rèn)為可將現(xiàn)行的“慣性質(zhì)量”改稱為物體的“抗性質(zhì)量”。正如牛頓所說(shuō)：“物體只有當(dāng)有其他力作用于它，或者要改變它的狀態(tài)時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生這種力。這種力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力?！币?yàn)橘|(zhì)量與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化

28、快慢有關(guān)，它事實(shí)上具有動(dòng)力學(xué)特征，當(dāng)一個(gè)物體的質(zhì)量大時(shí)，它對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的阻抗能力就越大。從邏輯上而言，我們只有將慣性從物質(zhì)的內(nèi)在因素中解除出來(lái)，才能完全地克服牛頓的機(jī)械論觀與牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律之間存在著的深刻矛盾。也就是說(shuō)，這樣才能使牛頓第一定律恰如其分地建立在由文藝復(fù)興所形成的機(jī)械論而不是亞里士多德的目的論的形而上學(xué)基礎(chǔ)之上。 五、慣性定律的表述方式 牛頓第一定律是動(dòng)力學(xué)定律的基礎(chǔ)，但它本身并不表征物體的某種動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，它是關(guān)于人類體認(rèn)自然之美、自然之和諧的陳述。據(jù)于上面的論述，對(duì)牛頓第一定律的陳述方式作以下的要求是并不過(guò)分的：反映時(shí)間的均勻性，空間的對(duì)稱性，及自然之美對(duì)人的呈現(xiàn)?？墒?，現(xiàn)行

29、的許多教科書中對(duì)牛頓第一定律的陳述是很不一致的。當(dāng)然，這種不一致性用老眼光來(lái)看是無(wú)傷大雅的，但以今天的眼光來(lái)看，這種差異性就成為值得商討的了。 例如：一個(gè)物體，如果沒有受到其他物體的作用，它就保持自己的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這樣的陳述可能離慣性定律的本義較遠(yuǎn)，因?yàn)檫@一陳述的方式是在動(dòng)力學(xué)的維度上來(lái)進(jìn)行的，陳述的對(duì)象是“一個(gè)物體”。這和牛頓第二定律的研究對(duì)象是一致的，這樣方式的陳述毫無(wú)疑問(wèn)地可以把慣性定律認(rèn)為是牛頓第二定律的一個(gè)特例，因?yàn)椤叭绻麤]有”這幾個(gè)字就表達(dá)了陳述事件的某種特殊性。 另外一種常見的陳述方式是：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

30、這樣一種表述比前一種完整多了，它幾乎就是牛頓的原義，但這里的“一切物體”應(yīng)當(dāng)換成“任何物體”。因?yàn)樵诖苏撌鲋械摹叭魏挝矬w”實(shí)際上是對(duì)一切物體的否定，而“有外力”應(yīng)當(dāng)換成“其它物體的作用”，因?yàn)閼T性定律是不涉及力的，操作意義上的力這個(gè)動(dòng)力學(xué)的基本概念與慣性無(wú)關(guān)。 從上面的論述可以看出，人們對(duì)于慣性的錯(cuò)誤理解主要是由歷史原因所造成的，這個(gè)原因主要在于：人們普遍地認(rèn)為事物外在的狀態(tài)是有其內(nèi)在原因的。當(dāng)人們?cè)谖矬w之外找不到令人信服的可感覺的原因的時(shí)候，就只能把它歸因于物體的內(nèi)部。牛頓將慣性歸因于物體的內(nèi)部，把慣性看成阻礙物體改變其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀況的內(nèi)力，他假設(shè)的慣性非常接近布里丹的沖力即：慣性作

31、為一個(gè)內(nèi)力，在缺乏外部動(dòng)力或阻力時(shí)，會(huì)引起無(wú)定限的直線運(yùn)動(dòng)，另一方面，牛頓的慣性觀又來(lái)自于他對(duì)古希臘關(guān)于具有靈魂觀念的繼承，我們可以從他的著作中強(qiáng)烈地感到，他具有自然界的物體與人一樣會(huì)在受到作用時(shí)產(chǎn)生反作用這樣一種強(qiáng)烈的思想意向。顯然，在人看來(lái)，自然界的物體是與人具有本質(zhì)區(qū)別的。 在牛頓以后，歐拉則將牛頓關(guān)于vis insita 的比較隱晦的注釋作了同牛頓之前的有些科學(xué)家的直感一樣的有一定危險(xiǎn)性的表白：“慣性是物體保持靜止或保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的能力慣性的大小與質(zhì)量成正比例?！?可是現(xiàn)在看來(lái)，這種危險(xiǎn)性中是帶有錯(cuò)誤的。從那以后到現(xiàn)在，人們對(duì)于慣性的理解基本上是庸俗性質(zhì)的。隨著現(xiàn)代物的，特別是諾特爾

32、之后，我們可以認(rèn)識(shí)到使物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因并不在物體的內(nèi)部、也跟力無(wú)關(guān)，而是由于物體所處的時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性。也就是說(shuō)，我們必須對(duì)牛頓意義上的慣性作出更開放性與發(fā)展性的理解，牛頓的vis insita（慣性是一個(gè)消極的本原，靠此本原物體維持它們的運(yùn)動(dòng)或靜止，按照作用力的大小接受運(yùn)動(dòng)，按照受到阻力的大小抵制運(yùn)動(dòng)。）可以深入為兩個(gè)層面的結(jié)論：在沒有外力的作用下，一個(gè)物體，它能保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)是由于慣性，即時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性；在同樣大小的力的作用下，一個(gè)物體它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較難改變是由于它的動(dòng)力學(xué)特性抗性，即它的質(zhì)量較大。六、慣性力的概念什么是慣性力？我們是如何定義

33、慣性力的？物體由于具有慣性，受到外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力。慣性力也使物體產(chǎn)生加速度，當(dāng)物體與參照系接觸時(shí)，由于受到慣性力而對(duì)參照系產(chǎn)生壓力時(shí)，此物體才會(huì)有受力的感覺。慣性力與慣性力能相互抵消嗎？相對(duì)于加速系加速運(yùn)動(dòng)的參照系，加速度能相互相加或相減嗎？受力與加速系產(chǎn)生相同加速度的物體， 在加速系看來(lái)處于什么狀態(tài)？我們知道，在車廂里的桌面上放一個(gè)小球（火車勻速直線運(yùn)動(dòng)）。相對(duì)于車廂參照系來(lái)說(shuō)，小球保持靜止。小球所受合外力為零，現(xiàn)在設(shè)想車廂開始向右做加速運(yùn)動(dòng)，在車廂里觀測(cè)，小球?qū)⑾蜃笞黾铀龠\(yùn)動(dòng)，而小球并沒有受到其他物體的作用力。那么在火車看來(lái)相對(duì)于車廂做加速運(yùn)動(dòng)的參照系里，小球做什么運(yùn)動(dòng)？如果加速度

34、相同，方向相反加速度是否相互抵消？慣性力是否相互抵消？自由落體系中，物體實(shí)實(shí)在在受到引力了，不過(guò)在自由落體系看來(lái)，物體不受力，對(duì)外（對(duì)參照系)不產(chǎn)生力。物體上（物體內(nèi)部）確實(shí)受到引力的吸引。-算是力的相對(duì)性吧 （原來(lái)的提問(wèn)是在自由落體系中，物體受到引力，但在自由落體系看來(lái)，物體不受任何力，物體具有慣性。那么物體到底受沒受力呢？一個(gè)受力的物體怎么變成一個(gè)不受力的物體呢？）由于力是物體對(duì)物體相互作用，物體對(duì)外對(duì)其他物體不產(chǎn)生力時(shí)，物體不受力。物體不受力時(shí)，物體具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。在自由落體系中，物體受到了引力，不過(guò)在自由落體系看來(lái)，物體對(duì)其他物體對(duì)參照系沒有力的作用，物體本身是不受力的，所以物體處于慣性狀態(tài)，物體具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。 慣性力，物體受到慣性力時(shí)，物體本身并不受力，而在參照系看來(lái)，物體具有受到力的性質(zhì)。（具有加速度）在廣義相對(duì)性原理獨(dú)特視角中我們說(shuō)過(guò)：一個(gè)不受引力作用的加速系統(tǒng)跟一個(gè)受引力作用的慣性系統(tǒng)等效在引力場(chǎng)中自由降落的參考系中就