探索惯性日常生活中惯性新认识设计

【摘要】惯性是物理界经常讨论的一个话题，是人们日常生活中的一个基础性概念。日常生活中现行的惯性观却对经典力学提出了不同的看法，本文侧重阐述日常生活中惯性方面的新认识。
【关键词】惯性；生活；状态；时空
惯性是经典力学中的一个基本概念，尽管大部分的物理教师、学生在此问题上通过经典力学进行了漫长的探索，但依然存在着很多模糊的地方。笔者结合多年的教学实践，在此谈谈日常生活中惯性的认识。

一、惯性是存在的一个特征，是物体在受力时的表现

经典力学告诉我们：惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。当物体所受合外力为零时，惯性表现为物体保持其运动状态不变，即物体保持原来的运动状态——静止或匀速直线运动；当物体所受合外力不为零时，惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。如果惯性状态是保持匀速直线运动状态或静止状态，那么，选择不同的参照系可以看出物体不同的惯性状态。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。当物体所受外力作用即所受合外力不为零时，物体不可能保持匀速直线运动状态或静止状态，但物体力图保持原有运动状态不变的性质（惯性）仍旧表现出来。物体具有保持运动状态不变的性质特征，我们把这种性质特征叫做惯性。受力时，物体力图保持原有的运动状态不变的性质仍将表现出来也就是说受力时，依然存在惯性。因此我们认为惯性是物体在受力时的表现，是存在的一个特征。

二、惯性是物体相对于参照系表现出来的性质

描述一种运动时，我们应选一个物体作为标准或参照。根据这种运动的情况，考虑研究问题的方便，可以任意选择参照系。在某参照系看来，物体具有惯性，保持惯性运动，在另一参照系看来物体却在加速运动。例如自由落体运动在自由落体系看来处于惯性状态。物体相对于参照系表现为惯性时，相对于另一参照系表现为不是惯性。如果物体相对于参照系表现为惯性时，把此时的参照系称为惯性系，相对于另一参照系表现为不是惯性时的参照系称为非惯性系源于：论文的格式要求www.618jyw.com
。那么在非惯性系（加速系）物体具有惯性时，它指的是什么呢？原来选择不同的参照系所说的惯性有可能不同。在广义相对性原理中，指出惯性力与力抵消时，物体具有惯性。例如在引力场中自由落体的参考系中，物体受到的惯性力与引力相抵消物体处于惯性状态。在这个自由落体系中，惯性定律很好地成立，一个不受外力作用的物体将保持其原有运动状态，这一非惯性系实在是很好的惯性系。假设这里脱离了任何天体的引力，飞船在靠惯性飞行，那么飞船里的人和一切物体都处于“失重”状态，可以飘在空中，从手里松开的任何东西也不会往下落。如果飞船又开动了火箭，以一定的加速度向前飞行，那么飞船里的人又感到有了“重量”，原来在空中漂浮的东西又纷纷加速下落。如果飞船的加速度g=9.8m/s2，那么这些现象就跟飞船停在地面时发生的一样。假定飞船里的乘客完全听不到火箭工作的声音，他又看不到飞船外的任何物体，他就无法区分飞船是静止在地面或是在没有任何引力的空间做加速飞行。因此可以说惯性是物体相对于参照系表现出来的性质。

三、惯性与物体抗性的关系

物体运动状态的改变，除了跟外力有关外，还跟物体抗性有关。物体具有抗性，即抗拒性，抗性有大小。质量大的物体，运动状态难改变，我们说它的抗性大；质量小的物体，运动状态容易改变，我们说它的抗性小。
同一物体在不同的力的作用下，产生的作用效果不同，力越大，产生的加速度越大，好像物体的抗性变小了。受力时，物体表现出抗性，质量大的物体，运动状态越难改变，我们说它的抗性大；质量小的物体，运动状态容易改变，我们说它的抗性小。可见，一定质量的物体对应一定的抗性。由牛顿第二定律得出，m=f/a.这是什么意思呢？我不认为物体受到的力越大，物体的质量越大。很多人都联想到物体的质量与物体抗性的关系，如果用k表示物体的抗性，m表示质量那么k=xm.f/a的比值越大就表示物体的抗性越大，比值越小表示物体的抗性越小。物体质量的大小，表示抗性的大小。如果选择适当的单位，我们可以认为k=f/a.因此物体运动状态的改变，除了跟外力有关，还跟物体抗性有直接的关系。
欧拉将牛顿对惯性的注释作了一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力……惯性的大小与质量成正比例。”可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。随着现代认识的发展，特别是诺特尔之后，我们可以认识到惯性与力无关，物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因不在物体的内部，而在于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们可以对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。
参考文献：
徐祖年.质量是惯性或引力的量度.物理教师，2001-11-27.
梁昆淼.力学（上册修订版）.高等教学出版社，1978-12修订第2版.
[3]全日制普通高级中学教科书（试验修订本·必修）.《物理》第一册.人民教育出版社，2000-03-02.
[4]谢帮同.世界经典物理学简史.辽宁教育出版社，1988-03-01.