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 [洁本]惯性、惯性定律及惯性参考系 |
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齐飞
加入时间: 2006/03/22
文章: 1213
经验值: 36009
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作者：齐飞 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
有一本哲学书，里面这样写到：
“定义3
Vis insita，或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”
“定律Ⅰ
每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态”
“定律Ⅱ
运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向”
这本书名叫《自然哲学的数学原理》，作者是牛顿。出于对物理的兴趣，我在高中时选了这本书作为课外读物。每个至少有初中学历的人都知道，定义3指的是物体的“惯性”，而定律Ⅰ就是被称为惯性定律的牛顿第一定律。
任何有正常理解力的人都能从定义3、定律Ⅰ、定律Ⅱ的描述中领悟到：①惯性是物体的固有性质；②惯性定律描述了物体不受力时的运动状态，即力不是物体运动的原因；③定律Ⅱ描述了外力大小与物体加速度的关系，力是产生加速度的原因。
显然，“惯性”和“惯性定律”的关系是：有惯性，才会有惯性定律，惯性定律是对惯性这种性质的说明。
两条定律的数学形式：
惯性定律：
第二定律：
从数学形式上看，当外力为零时，第二定律就变为第一定律。那么可以认为第一定律是第二定律的推论或特例吗？
答案是不能。原因有两条：（1）它明确了力和运动的关系；（2）它定义了“惯性参考系”。
众所周知，牛顿运动定律只适用于惯性参考系。那么，我们怎么知道哪个参考系是惯性参考系呢？很简单，惯性定律成立的参考系就是惯性参考系，如朗道在《场论》中定义：“我们可以找到这样一个参考系，一个不受相互作用的粒子将保持静止或匀速直线运动”。那么在非惯性系中呢？比如我们身处加速系或引力场中，此时观察一个不受外力（外力合为0）的物体，会发现它呈加速运动，在这样的参考系中，第二定律不成立。所以，从这个意义讲，惯性定律是牛顿运动定律的根基，它必须是一条独立的定律，而不能将第一定律当成第二定律的推论或特例。
那么，当惯性定律不成立时，物体还有惯性吗？任何一本教科书都不会说：在非惯性系中，物体失去了它们的惯性。
这里顺便提一下“伽利略相对性原理”：物理定律在一切惯性参考系中具有相同的形式。我们上中学的时候，有许多习题是要我们计算不同参考系之间速度变化的，之所以能够这样计算，就是因为这条相对性原理，不同惯性系之间可以用伽利略协变来换算。后来，爱因斯坦提出了他的狭义相对论，也只适用于惯性系，采用洛仑兹协变。最终，老爱提出了“物理定律在一切参考系中都具有相同的形式”，就是广义相对性原理。
因时间有限，只能简单地说明一下惯性、牛顿运动定律之间的关系，以澄清某些混淆的概念。
作者：齐飞 在 驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
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心若行云流水，不滞于物
上一次由齐飞于2014-3-29 周六, 上午2:59修改，总共修改了2次 |
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