- 相关推荐
惯性力和惯性的大小论文
众所周知，物理学中有惯性的概念，惯性力的概念；而且惯性是有大小的，惯性力是不存在的。笔者在长期的教学研究中发现，认为惯性有大小是不合理的，惯性力也未必是一种假想的力，它很可能是一种客观存在。博士论文，惯性。
1．惯性力的概念
惯性1．1惯性力的原始概念
大家知道：牛顿定律只适用于惯性系而不适用于非惯性系。例如在由静止加速前进的火车上，受合力为零的小球会相对于火车向后加速运动。为了使牛顿运动定律在火车中同样成立，需要引入惯性力的概念，所引入的惯性力大小，其方向与火车的加速度方向反向。这样就有牛顿第二定律得以成立。也就是说：相对于地面（我们认为是惯性系）有加速度的参照系是非惯性系，非惯性系中牛顿运动定律不成立，欲使牛顿运动定律成立，需要引入惯性力。正是在这些问题中，我们认识了什么是惯性力。然而本文所要定义的惯性力与上述惯性力的概念是完全不同的。
1．2惯性力的新定义
我始终有这样一个猜想：“所有物质组成的宇宙具有这样的一种性质，它可以允许任何物体对其保持原有的运动状态，而不允许任何物体对其有加速度；如果物体对宇宙有加速度，物体就会受到宇宙对它的一种约束力，这种力就是我所定义的惯性力。即惯性力是宇宙对物体的一种约束力，它并不是假想的力，是一种真实作用力。”[需要说明的是，我这里所说的惯性力只是真正的惯性力在我们所能看到的参考系中的分力，而真正的属性力我们是无法知道的，因为我们不可能知道绝对的加速度。以上这段文字在英语稿中没有]惯性力的施力物体是宇宙，就好象重力的施力物体是地球一样。宇宙中的一切物体只要对宇宙有加速度，就一定受到惯性力。惯性力的大小与其相对于惯性系的加速度成正比，与相对于惯性系的加速度的方向相反。如果物体的质量为m,对惯性系的加速度为a，则惯性力的大小为f=ma。显然惯性力是非平衡状态下才受到的一种力。关于惯性力的产生机理，我猜想应该类似于变化的电场产生磁场。当然这仅仅是一种猜想，有待于实验的验证。
2．从做功和能量转化角度能够论证惯性力存在的合理性
众所周知：在粗糙水平面上拉动物体匀速运动的过程中，外力克服摩擦力做功，使其它能转化力内能；物体在外力作用下匀速上升，外力克服重力做功使其它能向重力势能转化；电场中，外力作用下使物体逆电场力方向匀速运动，其它能转化为电势能；磁场中，外力克服安培力做功，其它能转化为导体中的电流能；上述过程中，都有一个共同的特征：“在不同的能量转化的过程中，总有一种力克服另一种力做功，即能量转化的过程是两种力对物体共同作用的过程，而且一个力做正功，另一个力做负功的过程，也就是说不同的能量形式与不同的作用力相对应”。我们也注意到这些过程都是匀速运动，不应当存在惯性力。
如果我们在光滑水平面上拉动物体做加速运动，物体动能增加，当然在我们已有的物理知识体系内，可以解释为外力做的功等于物体动能的增加。如果不认为存在惯性力，这里就产生一个究竟克服什么力做功，其它能转化为动能的问题；有了惯性力的概念，我们就可以回答：“外力克服惯性力做功使其它能转化为动能。”；同样地，如果一个具有一定初动能的物体，在粗糙水平面上运动，其动能越来越小，这里也有一个什么力克服摩擦力做功，使动能转化为其它能的问题。确立了惯性力的概念，我们就可以回答：“物体动能减小的过程中，是向前的惯性力克服摩擦阻力做功，使物体的动能转化为内能。”。也就是说，在其它能向动能转化，或动能向其它能转化中，只有承认惯性力的存在，才能更好地解释能量转化的过程。所以物体在对惯性系有加速度的运动过程中，应当受到惯性力。
3．惯性的大小问题
惯性的概念，是在牛顿第一定律的基础上定义的。牛顿第一定律不但告诉我们物体不受外力或合外力为零时的运动状态，而且还告诉我们物体都具有一种保持原有运动状态的性质，这种性质叫惯性。所谓惯性，就是物体保持原有运动状态的性质。从惯性的定义中看不出惯性有大小之说，那么惯性究竟有大小吗？
由牛顿第二定律可知，物体所受的合外力不为零时，物体将产生加速度，加速度的大小与物体所受的合外力成正比，与物体的质量成反比。
我们知道，加速度是速度的变化率，是描述物体运动状态变化快慢的物理量；牛顿第二定律说明：物体的加速度由合外力和物体的质量共同决定，相同外力时，物体的质量越大加速度就越小，因此质量越大的物体运动状态就越难改变。由此得出结论：物体的质量越大，物体维持原有运动状态的本领就越大——即物体的惯性越大。也就有了质量是物体惯性大小的量度，物体的惯性与质量成正比的说法。以上说法即传统又权威，以至于在长期的教学和科研中，对于以上关于惯性大小的认识，是没有人提出过怀疑的！
难道惯性真的有大小吗？如果惯性有大小之说，且与质量成正比，那么质量不同的物体惯性不同。博士论文，惯性。既然质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小，如果一个质量很大的物体具有很大的惯性，而另一个质量远比前者小的另一物体惯性必可以认为忽略不计，也就不能保持原运动状态了。但是由惯性定律可知：对于任意物体无论质量大小，在不受外力时同样都能保持原有的运动状态，这一点并不因为质量的不同而有差异，即同样有惯性，也就是说质量不同的物体在拥有惯性上是平权的。博士论文，惯性。根据惯性的这一特征，就使笔者对惯性大小的说法产生怀疑，因为我们已知的所有描述物质某种性质的物理量、化学量以及其它量，都有一个其大小表示这种性质程度的问题。博士论文，惯性。例如：描述物体导电性能的电阻率、描述弹簧弹性的劲度系数、描述化学中酸碱性的PH值。如果描述某一性质的物理量接近或等于零则表示这种性质很弱或不存在。但是物体的质量无论多么小，其不受外力时同样能够保持原有的运动状态，以上事实说明：其它描述物质属性的物理量或化学量，都有一个由量变到质变的过程，而对于物体的惯性不存在上述现象。因此得出结论：任何物体都具有相同的惯性——无大小之别。
4．惯性大小问题的本质
有了惯性力的概念，我们重新分析一下惯性的大小问题。笔者认为惯性是没有大小的，原因是无论质量大小，在不受外力时都能保持原有的运动状态，即物体保持原运动状态的性质是一样的。质量大小不同的物体运动状态改变难易不同的原因是：使质量不同的物体产生相同的加速度时，物体所受的惯性力与质量正比，因此需要更大的外力作用。是惯性力有大小，而惯性无大小。
5．从惯性力角度分析惯性质量与引力质量
很多物理学家们探索过惯性质量与引力质量之间的关系，到目前为止尚未发现二者的差异。所谓惯性质量即中的,而引力质量即中的。事实上只要确立了惯性力的客观存在性，二者相等就是必然的，或者说二者就是同一个质量，不应该存在差异。
证明如下：设在重力场中，惯性质量为的物体做自由落体运动，其加速度为g,其引力质量为，由于加速度g向下，所以惯性力必为且方向向上，必有引力与惯性力等值反向，而，所以，问题得证。
6．惯性力概念与牛顿运动定律的关系
6．1惯性力概念与牛顿第一定律不矛盾
重新建立了惯性力的概念之后，我们再来审视一下运动定律。牛顿第一定律：由于物体受到的其它外力为零，物体保持静止或匀速直线运动状态。此时物体没有加速度，惯性力也为零，惯性力概念与牛顿第一定律不矛盾。
6．2惯性力概念与牛顿第二定律不矛盾
牛顿第二定律告诉我们：物体的加速度与所受外力成正比与质量成反比，即，。根据前文惯性力的定义，因为物体在外力F的作用下有了加速度a，加速运动的物体本身必然受到来自宇宙的大小为，方向与加速度相反的惯性力作用。我们知道，物体实际受到的力不以参考系的改变而改变，因为它们是真实存在的力。现在我们以物体本身为参考系，它必然是平衡的。
由平衡条件必有：即，这样牛顿第二定律就成了在承认惯性力前提下的一个必然结论。这说明在承认惯性力存在的前提下，对物体重新受力分析，列出的平衡方程与牛顿第二定律是不矛盾的。
【惯性力和惯性的大小论文】相关文章：
惯性力学与整体科学体系04-30
物理教学中的惯性力学及其例题04-29
引力神话的根源-解释惯性力学三定律04-30
惯性系和非惯性系05-02
气动力-惯性力模拟实验系统通过鉴定04-26
物理教案－惯性系和非惯性系05-02
气动力-惯性力模拟实验系统通过鉴定04-26
惯性、惯性现象05-02
惯性惯性现象 习题04-28