- 相關(guān)推薦
慣性力和慣性的大小論文
眾所周知，物理學(xué)中有慣性的概念，慣性力的概念；而且慣性是有大小的，慣性力是不存在的。筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為慣性有大小是不合理的，慣性力也未必是一種假想的力，它很可能是一種客觀存在。博士論文，慣性。
1．慣性力的概念
慣性1．1慣性力的原始概念
大家知道：牛頓定律只適用于慣性系而不適用于非慣性系。例如在由靜止加速前進(jìn)的火車(chē)上，受合力為零的小球會(huì)相對(duì)于火車(chē)向后加速運(yùn)動(dòng)。為了使牛頓運(yùn)動(dòng)定律在火車(chē)中同樣成立，需要引入慣性力的概念，所引入的慣性力大小，其方向與火車(chē)的加速度方向反向。這樣就有牛頓第二定律得以成立。也就是說(shuō)：相對(duì)于地面（我們認(rèn)為是慣性系）有加速度的參照系是非慣性系，非慣性系中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立，欲使牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立，需要引入慣性力。正是在這些問(wèn)題中，我們認(rèn)識(shí)了什么是慣性力。然而本文所要定義的慣性力與上述慣性力的概念是完全不同的。
1．2慣性力的新定義
我始終有這樣一個(gè)猜想：“所有物質(zhì)組成的宇宙具有這樣的一種性質(zhì)，它可以允許任何物體對(duì)其保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而不允許任何物體對(duì)其有加速度；如果物體對(duì)宇宙有加速度，物體就會(huì)受到宇宙對(duì)它的一種約束力，這種力就是我所定義的慣性力。即慣性力是宇宙對(duì)物體的一種約束力，它并不是假想的力，是一種真實(shí)作用力�！盵需要說(shuō)明的是，我這里所說(shuō)的慣性力只是真正的慣性力在我們所能看到的參考系中的分力，而真正的屬性力我們是無(wú)法知道的，因?yàn)槲覀儾豢赡苤澜^對(duì)的加速度。以上這段文字在英語(yǔ)稿中沒(méi)有]慣性力的施力物體是宇宙，就好象重力的施力物體是地球一樣。宇宙中的一切物體只要對(duì)宇宙有加速度，就一定受到慣性力。慣性力的大小與其相對(duì)于慣性系的加速度成正比，與相對(duì)于慣性系的加速度的方向相反。如果物體的質(zhì)量為m,對(duì)慣性系的加速度為a，則慣性力的大小為f=ma。顯然慣性力是非平衡狀態(tài)下才受到的一種力。關(guān)于慣性力的產(chǎn)生機(jī)理，我猜想應(yīng)該類似于變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)然這僅僅是一種猜想，有待于實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。
2．從做功和能量轉(zhuǎn)化角度能夠論證慣性力存在的合理性
眾所周知：在粗糙水平面上拉動(dòng)物體勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，外力克服摩擦力做功，使其它能轉(zhuǎn)化力內(nèi)能；物體在外力作用下勻速上升，外力克服重力做功使其它能向重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化；電場(chǎng)中，外力作用下使物體逆電場(chǎng)力方向勻速運(yùn)動(dòng)，其它能轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能；磁場(chǎng)中，外力克服安培力做功，其它能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體中的電流能；上述過(guò)程中，都有一個(gè)共同的特征：“在不同的能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，總有一種力克服另一種力做功，即能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程是兩種力對(duì)物體共同作用的過(guò)程，而且一個(gè)力做正功，另一個(gè)力做負(fù)功的過(guò)程，也就是說(shuō)不同的能量形式與不同的作用力相對(duì)應(yīng)”。我們也注意到這些過(guò)程都是勻速運(yùn)動(dòng)，不應(yīng)當(dāng)存在慣性力。
如果我們?cè)诠饣矫嫔侠瓌?dòng)物體做加速運(yùn)動(dòng)，物體動(dòng)能增加，當(dāng)然在我們已有的物理知識(shí)體系內(nèi)，可以解釋為外力做的功等于物體動(dòng)能的增加。如果不認(rèn)為存在慣性力，這里就產(chǎn)生一個(gè)究竟克服什么力做功，其它能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的問(wèn)題；有了慣性力的概念，我們就可以回答：“外力克服慣性力做功使其它能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。”；同樣地，如果一個(gè)具有一定初動(dòng)能的物體，在粗糙水平面上運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能越來(lái)越小，這里也有一個(gè)什么力克服摩擦力做功，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其它能的問(wèn)題。確立了慣性力的概念，我們就可以回答：“物體動(dòng)能減小的過(guò)程中，是向前的慣性力克服摩擦阻力做功，使物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能�！�。也就是說(shuō)，在其它能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化，或動(dòng)能向其它能轉(zhuǎn)化中，只有承認(rèn)慣性力的存在，才能更好地解釋能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。所以物體在對(duì)慣性系有加速度的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)受到慣性力。
3．慣性的大小問(wèn)題
慣性的概念，是在牛頓第一定律的基礎(chǔ)上定義的。牛頓第一定律不但告訴我們物體不受外力或合外力為零時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且還告訴我們物體都具有一種保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫慣性。所謂慣性，就是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)。從慣性的定義中看不出慣性有大小之說(shuō)，那么慣性究竟有大小嗎？
由牛頓第二定律可知，物體所受的合外力不為零時(shí)，物體將產(chǎn)生加速度，加速度的大小與物體所受的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。
我們知道，加速度是速度的變化率，是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量；牛頓第二定律說(shuō)明：物體的加速度由合外力和物體的質(zhì)量共同決定，相同外力時(shí)，物體的質(zhì)量越大加速度就越小，因此質(zhì)量越大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就越難改變。由此得出結(jié)論：物體的質(zhì)量越大，物體維持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本領(lǐng)就越大——即物體的慣性越大。也就有了質(zhì)量是物體慣性大小的量度，物體的慣性與質(zhì)量成正比的說(shuō)法。以上說(shuō)法即傳統(tǒng)又權(quán)威，以至于在長(zhǎng)期的教學(xué)和科研中，對(duì)于以上關(guān)于慣性大小的認(rèn)識(shí)，是沒(méi)有人提出過(guò)懷疑的！
難道慣性真的有大小嗎？如果慣性有大小之說(shuō)，且與質(zhì)量成正比，那么質(zhì)量不同的物體慣性不同。博士論文，慣性。既然質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小，如果一個(gè)質(zhì)量很大的物體具有很大的慣性，而另一個(gè)質(zhì)量遠(yuǎn)比前者小的另一物體慣性必可以認(rèn)為忽略不計(jì)，也就不能保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)了。但是由慣性定律可知：對(duì)于任意物體無(wú)論質(zhì)量大小，在不受外力時(shí)同樣都能保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這一點(diǎn)并不因?yàn)橘|(zhì)量的不同而有差異，即同樣有慣性，也就是說(shuō)質(zhì)量不同的物體在擁有慣性上是平權(quán)的。博士論文，慣性。根據(jù)慣性的這一特征，就使筆者對(duì)慣性大小的說(shuō)法產(chǎn)生懷疑，因?yàn)槲覀円阎乃忻枋鑫镔|(zhì)某種性質(zhì)的物理量、化學(xué)量以及其它量，都有一個(gè)其大小表示這種性質(zhì)程度的問(wèn)題。博士論文，慣性。例如：描述物體導(dǎo)電性能的電阻率、描述彈簧彈性的勁度系數(shù)、描述化學(xué)中酸堿性的PH值。如果描述某一性質(zhì)的物理量接近或等于零則表示這種性質(zhì)很弱或不存在。但是物體的質(zhì)量無(wú)論多么小，其不受外力時(shí)同樣能夠保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以上事實(shí)說(shuō)明：其它描述物質(zhì)屬性的物理量或化學(xué)量，都有一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程，而對(duì)于物體的慣性不存在上述現(xiàn)象。因此得出結(jié)論：任何物體都具有相同的慣性——無(wú)大小之別。
4．慣性大小問(wèn)題的本質(zhì)
有了慣性力的概念，我們重新分析一下慣性的大小問(wèn)題。筆者認(rèn)為慣性是沒(méi)有大小的，原因是無(wú)論質(zhì)量大小，在不受外力時(shí)都能保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即物體保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)是一樣的。質(zhì)量大小不同的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變難易不同的原因是：使質(zhì)量不同的物體產(chǎn)生相同的加速度時(shí)，物體所受的慣性力與質(zhì)量正比，因此需要更大的外力作用。是慣性力有大小，而慣性無(wú)大小。
5．從慣性力角度分析慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量
很多物理學(xué)家們探索過(guò)慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量之間的關(guān)系，到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)二者的差異。所謂慣性質(zhì)量即中的,而引力質(zhì)量即中的。事實(shí)上只要確立了慣性力的客觀存在性，二者相等就是必然的，或者說(shuō)二者就是同一個(gè)質(zhì)量，不應(yīng)該存在差異。
證明如下：設(shè)在重力場(chǎng)中，慣性質(zhì)量為的物體做自由落體運(yùn)動(dòng)，其加速度為g,其引力質(zhì)量為，由于加速度g向下，所以慣性力必為且方向向上，必有引力與慣性力等值反向，而，所以，問(wèn)題得證。
6．慣性力概念與牛頓運(yùn)動(dòng)定律的關(guān)系
6．1慣性力概念與牛頓第一定律不矛盾
重新建立了慣性力的概念之后，我們?cè)賮?lái)審視一下運(yùn)動(dòng)定律。牛頓第一定律：由于物體受到的其它外力為零，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)物體沒(méi)有加速度，慣性力也為零，慣性力概念與牛頓第一定律不矛盾。
6．2慣性力概念與牛頓第二定律不矛盾
牛頓第二定律告訴我們：物體的加速度與所受外力成正比與質(zhì)量成反比，即，。根據(jù)前文慣性力的定義，因?yàn)槲矬w在外力F的作用下有了加速度a，加速運(yùn)動(dòng)的物體本身必然受到來(lái)自宇宙的大小為，方向與加速度相反的慣性力作用。我們知道，物體實(shí)際受到的力不以參考系的改變而改變，因?yàn)樗鼈兪钦鎸?shí)存在的力�，F(xiàn)在我們以物體本身為參考系，它必然是平衡的。
由平衡條件必有：即，這樣牛頓第二定律就成了在承認(rèn)慣性力前提下的一個(gè)必然結(jié)論。這說(shuō)明在承認(rèn)慣性力存在的前提下，對(duì)物體重新受力分析，列出的平衡方程與牛頓第二定律是不矛盾的。
【慣性力和慣性的大小論文】相關(guān)文章：
引力神話的根源-解釋?xiě)T性力學(xué)三定律04-30
慣性系和非慣性系05-02
氣動(dòng)力-慣性力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)鑒定04-26
物理教案－慣性系和非慣性系05-02
氣動(dòng)力-慣性力模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)鑒定04-26
慣性、慣性現(xiàn)象05-02
慣性慣性現(xiàn)象 習(xí)題04-28