《2021年关于惯性的量度新编》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年关于惯性的量度新编（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、不读万卷书，行万里路，完成工作的方法，是爱惜每一分钟！关于惯性的量度关于惯性的量度本文试图论证：这种对惯性的定义与其量度方法之间存在着无法解决的矛盾，因此，该定义不够准确，也不实用。其实，对于一个孤立物体，应当用动能来量度其惯性。牛顿第一定律说明：当不受外力或所受合外力为零时物体将保持自身原有的运动状态，人们通常称它为惯性定律。既然是惯性定律，我们就应当先了解什么是惯性。因为，人们对惯性认识的深刻程度，决定着总结惯性定律的正确程度。通常是这样解释的：物体保持原有运动状态的属性称为惯性。如何量度惯性的大小呢？通常是用物体的质量m来量度惯性。这样量度的结果是：物体的质量越大，其惯性就越大，反之，就
2、越小。质量是决定惯性大小的唯一要素。惯性定律可以解释当物体不受力时仍然会运动的现象，这比亚里士多德的动力学前进了一大步。但仍有一些地方与人们的经验认识并不相符，例如，高速运动的汽车刹车制动比较困难，往往需要冲出较长一段距离才能将车停住。人们对这一现象的解释是，因为惯性太大，不易停车。但若问：还是同一辆汽车，如果速度很慢，使它停止运动就很容易，这又是什么原因呢？是不是它的惯性变小了呢？显然，车子的质量并未改变，照理说它的惯性也不应改变，可是人们仍然认为它的惯性变小了。这种看法对吗？因它与质量是量度惯性的唯一标准的概念相违背。究竟谁是谁非呢？当然是与实际相符合的看法正确。这一现象爱因斯坦早就察觉到
3、了，他在物理学的进化一书中写到：“在经典力学中，一个既定物体的抗力总是不变的，它仅由物体的质量来决定。在相对论中它不仅与静止质量有关，并且与速度也有关。当速度接近光速时，抗力便成为无限大。” 他还写到：“假如两个物体有相同的静止质量，则较大动能的一个，对于外力作用的抗力也较强。” 最后他还强调指出：“能，至少是动能，它阻止运动的作用和有重量的质量所起的作用是一样的。” 爱因斯坦首次提出动能可决定物体惯性的观点意义是重大的，它符合人们的常识认识和生活经验。爱因斯坦为惯性定了性，但却没有列出数学表达式为惯性定量。 究竞什么是惯性，又该怎样为它定量呢？从能量学的观点看：惯性就是物体的动能。即 孤立物
4、体的惯性物体自身的动能 或 1/2v2 （1） 上式（1）中为孤立物体的惯性，它等于物体的动能。从（1）式中还可看出，决定惯性大小的除了物体的质量之外，还有物体的速度v；也就是说，质量与速度二者均决定着物体惯性的大小。当速度确定时，质量m很大的物体一但动起来，要使其停止运动是很不容易的; 同样, 当质量确定，速度越高的物体，要使其停下来也越不容易。因此，质量与速度均为决定物体惯性必不可少的因素。 有时人们甚至会遇到使小质量高速度运动的物体停止运动比使大质量低速度运动的物体停止运动更要困难的多的情况。这是因为，小质量高速度运动的物体的惯性（即动能）比大质量低速度运动的物体的惯性（即动能）可能大得
5、多。例如，子弹没有鸡蛋重，但要使高速飞行的子弹停止运动却比使低速抛出的鸡蛋停止运动要困难的多，这显然是因为子弹的惯性比鸡蛋的惯性大的多的缘故。如果二者的速度相同，则鸡蛋的惯性要大些。此例足以说明惯性不能只用质量来量度，而应当用动能来量度。 能量学把物体的动能当作它的惯性，并用动能来量度物体的惯性，这样做更便于用来解释物体运动的原因。经典物理学中把物体的质量当作是其惯性的做法是不妥当的，因为，按照经典物理学对惯性所下的定义，并不能说明物体的质量就是其惯性。其定义是：物体保持其原有运动状态的属性称为物体的惯性。所有的物体都具有保持其原有运动状态的属性，它们都具有惯性。它们惯性的大小是根据打破其运动
6、状态的难易程度决定的。但究竞哪一种物体的原有运动状态容易打破，这恐怕是不易说清楚的。因为所有的孤立物体，无论质量大小，其原有运动状态都是不难打破的，只要给它施加一点能量就可以了。这样看来，一切物体都具有相同的惯性，因为，它们的原有运动状态都一样是极易打破的。显然，这样定义惯性是不确切的。也许坚持经典理论观点者会说，它们运动状态改变的显著程度不同。但这是另外一回事，它毕竟不能证明其原有运动状态未被打破。这说明，经典理论对惯性的定义说得不够明确，也不够准确。 用质量来量度物体的惯性，有时还会出现一些无法解释与自相矛盾的情况，例如下面几种情况：（1）质量相同的物体，其惯性不一定相同；（2）惯性相同的
7、物体，其质量不一定相同；（3）质量小的物体，其惯性有时超过大质量物体的惯性；（4）质量大的物体，其惯性有时小于小质量物体的惯性。 上述惯性现象，如用质量标准来衡量，都是无法解释的，这只能从经典理论本身去找原因，在这方面经典理论是有缺陷的。用质量来量度物体的惯性是不正确的，因为质量并不等于惯性，它们是两个性质完全不同的物理量。因此，物体的惯性不可用其质量来量度。 前面讲过，物体的惯性就是它本身所具有的动能，应当用动能来量度物体的惯性。用这一观点来解释生活中遇到的惯性现象更方便、更容易。比如，要使物体停止运动，就必须对它做功，以抵消（或消耗）掉它的动能，才能迫使物体停止运动，否则它将一直运动下去。
8、用动能来量度物体的惯性与实际情况是相符的，它既重视了物体质量的作用，又重视了物体速度的作用。质量和速度都是不可忽视的。旧的惯性定义忽视了速度的作用，因而不能正确反映客观实际。 在了解了惯性的实质之后，该怎样给它下定义呢？惯性的定义应为：迫使物体停止运动所做的功（或消耗的能量）为物体的惯性。所谓停止运动，一般易被理解为速度等于零，实际上应是相对速度为零的运动。当速度为零时，物体的惯性也为零，这是因为惯性的实质是动能。也就是说，物体的惯性就是物体的动能，认清这点是非常重要的。用动能量度乃至取代惯性也许会更好些。 与质量相比，速度对物体惯性的影响更大也更显著，从公式I=1/2mv2 我们可知，物体的
9、惯性与质量m成正比，与速度的平方也成正比。显然，速度对物体惯性的影响更大。当惯性确定之后，速度的平方与物体的质量成反比，公式（1）则可写为： 2I2 或 v2=2I/m (2)物体运动状态的改变不仅是速度与方向的改变，而且是该物体自身动能的改变。动能是一种能量，它的单位与功的单位相同，为J。其含义是：如果要改变物体的运动状态，就必须对它做功。也就是说，任何物体如果不对其做功（即不与它进行能量交换），则该物体仍将保持其原有的静止或匀速直线运动状态。这是按照能量学的观点对惯性定律的描述。能量学强调对物体做功，而功的含义是：不仅要对物体施力，而且还需要沿力的方向有一段位移。事实也是如此，当汽车刹车时
10、，就不仅是一个需要施力的问题，而是需要对它做功，同时车的制动器也将会因此而发热。车轮既使停转，仍会冲出一段距离，路面与车轮间的摩擦力f和距离S的乘积，等于克服汽车惯性所做的功。如假设汽车的速度为50km/h，其刹车距离为10m。当它以100km/h行驶时，其刹车距离是多少呢？正确的回答是：40m。这可由公式（fS=1/2mv2）来求。公式左端的fS为路面与车的摩擦功，公式右端的1/2mv2为汽车的动能，即汽车的惯性。这一事实说明，人们早已从生活经验中认识到惯性就是物体的动能。为了改变物体的运动状态，需要对物体施力，这早已印入人们的大脑，并形成了牢固的认识。但还需沿力的方向移动一段距离，则往往被
11、人们忽视，但这正是不能忽视的。如果忽视了位移与位移的方向，就等于忽略了对物体所做的功，那样，人们就会用动力学的观点来研究和解释物体运动的原因和状态。二者的区别表面上看起来不大，实际上却可导致完全不同的结果。结束语： 由于教材结构的原因，大部分基础物理课程均是先讲动力学，然后再讲能量学（功和能），因此，本文所论述的问题虽然简单，但却容易被大部分教师所忽视。其实，对于大部分的工科学生而言，普通物理作为一门基础课，最重要的还不是其内容，而是通过其内容的学习让学生掌握其丰富的科学思维方式。所以，在教学中如能对一些与本文类似的问题稍加一点深入的探讨，有时会收到事半功倍的教学效果。 量度 惯性 关于惯性的量度
