应该怎样理解惯性定律

现在,对运动的相对性详细了解之后,我们可以对运动产生的原因即“力”略加论述。首先,我们要指出力的独立作用定律。也就是力对物体的作用和这个物体处于静止状态、受惯性作用而运动、或者在其他作用力的作用下运动并不相干。

这是在经典力学基础上,牛顿运动定律之一的牛顿第二运动定律的观点。牛顿第一运动定律是惯性定律,牛顿第三运动定律为作用力与反作用力定律。在本书中,牛顿第三运动定律会在下一节内介绍,在此不重复阐述。牛顿第二运动定律则是表示速度变化的量与作用力成一定的比例,并且与作用力做相同方向的加速。这个定律的公式为:

F=m·a

在公式中,F代表作用于物体上的力,m代表物体的质量,a代表物体的加速度。质量是三个量中最难理解的。人们经常会把质量与重量相提并论,但事实上它们是完全不同的概念。物体的质量可根据它们在相同大小的力的作用下所产生的加速度进行比较,从上面的公式中可以看到,物体在力的作用下加速度越小,质量就会越大。

虽然惯性定律经常与不了解物理常识的人的习惯性看法相反,但在牛顿运动定律中它确实是最容易理解的[惯性定律与习惯性观点相反,它认为作匀速直线运动的物体不需要外力的作用。而错误的观点认为,如果物体在运动,就一定有外力作用于它,当这个外力消失时,运动便会停止。],但显然,很多人没有正确理解这个定律。人们习惯于把惯性解释为物体自身具备的“在外力没有作用于其原有状态前物体仍保持原状”的特点。这个普遍存在的观点将惯性定律理解为原因定律,没有原因的存在,任何运动都不会发生(也就是任何物体都不会改变原状)。真正的惯性定律与物体的任何物理状态无关,只关系到静止与运动。它规定:

在任何外力作用于物体并且改变物体的状态前,一切物体都处于静止或者匀速直线运动状态。

可以得出这样的结论,每当物体:

(1)进入运动状态;

(2)自身的直线运动变为曲线运动,或者原本就是在进行曲线运动;

(3)停止运动,运动速度变快或者减慢时。我们都可以做出这样的论断:该物体受到了外力的作用。

如果物体在自身运动的过程中上述任何一种情况都没有发生,那么无论物体运动的速度多么快,都表明这个物体没有受到外力的作用。需要记住的是,做匀速直线运动的物体没有受到外力作用,或者说作用于它身上的力处于平衡状态。在所有当代力学的观点与古代、中世纪(比伽利略更早)思想家的观点差别中,这是最大的区别。在这里,普通人的思维与科学家的思维差距很大。

以上资料也告诉我们,摩擦虽然似乎不会带来任何的运动,但是在力学中仍然认为摩擦作用于物体。摩擦被称为力,原因在于它能阻止物体运动。

我们再次强调,物体本身并非趋向静止,而是在摩擦力的作用下最终处于静止状态。这如同不出家门的人与一个偶尔在家、经常有事需要出门的人的区别一样。物体自身并非是“不出家门”的,相反它运动性极高,只要向一个自由的物体作用哪怕一点点力,它都会运动起来。“运动逐渐趋向静止”的观点不正确还在于,当物体摆脱静止状态后,它自己是不会再回到静止状态的,而是会保持运动的状态(当然,这个状态是在没有阻力的情况下)。

在很多物理学和力学课本中,均使用了“趋向于”这个不够严谨的词语,这才使人们对惯性定律产生误解。想正确认识牛顿第三运动定律尚存在一些难题,我们需要分析一下这个定律。