- 力學之美:生活中無處不在的力效應
- 王長連編著
- 1483字
- 2023-08-28 19:27:52
1.3 淺析慣性
如果引用教科書上的定義,恐怕不會有人耐心讀下去。因為不管是說“靜者恒靜,動者恒動”也好,還是說“一個不受任何外力的物體將保持靜止或勻速直線運動”也好,大家還是不得要領,不知道這種表述要說的到底是什么。雖然我們知道什么是靜止,但是在常識中,靜止與慣性好像毫無關聯。至于“勻速直線運動”,這一經典表述與慣性又有什么關系呢?何為保持勻速還要是直線?書上這么寫,實在不好理解。
如果換一種說法,可能就很容易明白了。先不說物體,以人為例,慣性不就是不愿意改變嗎?一個睡懶覺的人,你不拖他,不掀開他的被子,他是不會按時起床的。你和同學去打籃球,每場一次只能上三個人,你想讓你的同學下場,好讓你玩,他卻還是不停地在球場上跑來跑去、搶球、運球,你只好上去將他拉下場。
沒有人去拖,睡懶覺的人不會按時起床;沒有人去拉,那個打球的同學不會及時下場。這就是在沒有外力作用時,他們就會保持各自的狀態。這就是慣性,也可以用“靜者恒靜,動者恒動”來表述。
若還是不明白上述意思,那就請大家接著往下看。
慣性有一個重要特征,那就是慣性的大小與物體的質量有很大關系。一個物體的質量越大,慣性就越大。質量可以說是衡量慣性大小的一個量度。
知識加油站:質量與重量的區別
物體含有物質的多少叫質量。質量不隨物體形狀、狀態、空間位置的改變而改變,是物質的基本屬性,通常用m表示。在國際單位制中質量的單位是千克(kg)。在中國舊時用斤、兩作為質量單位,西方則用磅、盎司、克拉等作為質量單位。在物理學中質量分為慣性質量和引力質量。慣性質量表示的是物體慣性的大小,而引力質量表示引力的大小。事實上,通過無數精確的實驗表明,這兩個量是等效的,也就是說,它們只是同一個物理量的不同方面。
千克是質量單位,不是重量單位,我們日常所說的重量也就是質量。重量是物體受重力的大小的度量,單位是牛頓(N)。
要理解質量與慣性的關系,我們再來看前面的例子。如果睡懶覺的人質量大,你要拖他起床需要使出全身力氣。同樣的,那位打籃球的同學如果身材魁梧,你也要用更大的力氣才能將他拉出球場。說到這里,你一定認為慣性確實是很重要的力。但是慣性卻并不是自然界存在的一種力,而是物體的一種性質。物體有保持自身運動狀態的特性,靜止也是一種運動狀態,所以說“靜者恒靜,動者恒動”。這就是所謂的慣性定律。
慣性定律是人發現的,首先是人在生活中感覺到了慣性,才開始研究慣性。人類在生活實踐中體會到各種運動狀態下人的感受,從親身的經歷中,思考人與物體運動的關系。
跑動的人,腳被絆一下會摔倒,為什么?因為慣性。腳被強行停下,上身還在向前,失去了平衡,就摔倒了。緊急剎車時人會向前方撲倒,也是因為慣性。因此,你現在可以想象,如果地球突然停止轉動,會是什么后果。地球停止轉動了,但地球表面一切運動的事物(包括大氣層、建筑物、生物等),都會因為慣性而以地球轉動的速度繼續運動,結果當然是如颶風橫掃全球。
所有自然現象在人的感受中被重復,就會引起人們的思考、探究,從而發現其中的道理,慣性也就這樣被認識了。物理學及其他學科中的許多定律,都是人類感知的結果,是人對自然的認識。當然,其中也蘊藏著探究的極大樂趣,以及追求真理和真相的樂趣。雖然說是一種樂趣,卻也充滿著艱辛。在歷史上,為了宣傳和捍衛自然科學的真理,有人甚至為此付出了生命的代價。
慣性是伽利略在1632年出版的《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書中提出的,它是作為捍衛日心說的基本論點而提出來的。此后由牛頓歸納為慣性定律,該定律成為著名的牛頓第一定律。而當時為了宣傳日心說,有人付出了生命的代價。
這個人就是布魯諾。