正確認(rèn)識(shí)慣性定律

張士君

同學(xué)們，在日常生活中你注意過這樣的現(xiàn)象嗎？當(dāng)我們乘坐公共汽車突然啟動(dòng)或加速時(shí)，你會(huì)被重重地“摔在”靠背上.而在汽車正常行駛遇到緊急情況突然剎車時(shí)，如果你沒系安全帶，就可能會(huì)因?yàn)樯眢w“前沖”而造成傷害.這些現(xiàn)象是怎樣造成的呢？如果我們正確認(rèn)識(shí)了慣性定律，就能了解其中的原因并做到防患于未然.

千百年以來，關(guān)于“力和運(yùn)動(dòng)”的關(guān)系，科學(xué)家從沒停止探索的腳步.人類正確認(rèn)識(shí)這個(gè)問題，經(jīng)歷了漫長曲折的過程.風(fēng)吹樹動(dòng)，風(fēng)停樹靜，自然界中的許多現(xiàn)象使古希臘哲學(xué)家亞里士多德得出了“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”這樣一個(gè)結(jié)論.后來的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實(shí)生活中很多現(xiàn)象用這一理論無法解釋.例如，運(yùn)動(dòng)員踢足球，運(yùn)動(dòng)員的腳與足球脫離接觸后，運(yùn)動(dòng)員已不能對(duì)足球再施加力的作用，但足球并沒有立刻停下，而是繼續(xù)向前滾動(dòng).即沒有推力，足球仍可以維持向前的運(yùn)動(dòng).原先“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”的理論陷入了困境，經(jīng)過長期的探索，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上最終人們認(rèn)識(shí)到“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”.后來英國物理學(xué)家牛頓，在前人特別是笛卡爾、伽利略等科學(xué)家大量實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析歸納，得出了牛頓第一定律，也就是慣性定律，內(nèi)容是：“一切物體在沒有受到力的作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).”

（1）每次實(shí)驗(yàn)都讓小車從斜面的同一高度滑下，其目的是什么？

（使小車到達(dá)水平面時(shí)具有相同的速度）

（2）小車在三種不同表面上運(yùn)動(dòng)的距離越來越遠(yuǎn)說明了什么？

（阻力越小，小車運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)）

（3）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的推想，假如水平面絕對(duì)光滑阻力可以減小到零時(shí)，你能得出什么結(jié)論？

（運(yùn)動(dòng)的小車將以大小不變的速度永遠(yuǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)下去）

但是現(xiàn)實(shí)世界里，找不到“絕對(duì)光滑的平面”，阻力不存在這只是一種假設(shè).在日常生活中，如果我們遇到一個(gè)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它一定受到了兩個(gè)甚至更多力的作用，這幾個(gè)力相互平衡效果抵消了，這與物體不受外力作用時(shí)效果是相同的.所以，當(dāng)一個(gè)物體受到平衡力作用時(shí)，就可以當(dāng)做物體不受力來處理，同樣遵循牛頓第一定律，當(dāng)然我們初中階段只研究二力的平衡.

2.力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因

上面我們已經(jīng)講過物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，但力和運(yùn)動(dòng)之間到底存在什么關(guān)系呢？我們?nèi)砸蕴咦闱驗(yàn)槔右哉f明，踢足球時(shí)足球受到向前的推力開始運(yùn)動(dòng)，也就是說力是物體從靜止變成運(yùn)動(dòng)的原因.腳與足球脫離接觸后，足球由快變慢在草坪上滾動(dòng)，最后停了下來.這是不是因?yàn)樽闱蛟谶\(yùn)動(dòng)過程不再受到力的作用了呢？其實(shí)不然，足球在運(yùn)動(dòng)過程中受到了摩擦阻力的作用，正是因?yàn)樽闱蚴艿搅肆Φ淖饔貌磐Ｏ聛淼?也就是說力是足球從快變慢、由運(yùn)動(dòng)變成靜止的原因.以上這些情況都可以概括為在力的作用下物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變.另一種情況，雜技演員在?；鹆餍菚r(shí)，火流星在手的拉力作用下會(huì)以手為中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這里的“勻速”是指物體運(yùn)動(dòng)的快慢不變，但是物體的運(yùn)動(dòng)方向在不斷發(fā)生變化，火流星在某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向就是該點(diǎn)所在圓周的切線方向，這種情況我們也認(rèn)為是物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在不斷改變.從上述分析我們可以得出，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變有兩種情況，一種是物體運(yùn)動(dòng)快慢發(fā)生改變，另一種是物體運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變.并且當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，物體一定受到了力的強(qiáng)迫作用.也就是力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.

3.如何認(rèn)識(shí)慣性現(xiàn)象

根據(jù)牛頓第一定律知道，物體不受外力強(qiáng)迫作用時(shí)，原來靜止的物體會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)，原來運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).即物體具有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫做慣性.例如公共汽車啟動(dòng)時(shí)，汽車上的乘客上身會(huì)向后傾，這是怎樣造成的呢？原來汽車啟動(dòng)瞬間，人的臀部由于摩擦力的作用隨車一起運(yùn)動(dòng)，而身體的上部具有保持原來靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，所以上身會(huì)向后傾.而在汽車行駛平穩(wěn)后，人體也隨車一起做直線運(yùn)動(dòng)，遇到障礙物緊急剎車時(shí)，汽車減速，人的身體由于具有慣性仍然要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng)，如果乘客來不及做好自我保護(hù)動(dòng)作，就可能發(fā)生撞到前排座位或者擋風(fēng)玻璃等類似危險(xiǎn)的情況.所以為了防止慣性對(duì)人體造成的傷害，坐車時(shí)要系好安全帶.當(dāng)然慣性也有有利的一面，生活中我們拔釘子使用的羊角錘，用久了，錘頭有可能發(fā)生松動(dòng)，這時(shí)我們可以把錘柄迅速撞擊在障礙物上，由于障礙物的阻擋，錘柄突然停止運(yùn)動(dòng)，而錘頭由于慣性要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng)，結(jié)果就會(huì)牢牢地套在錘柄上.

另外，還要認(rèn)識(shí)到慣性是物體的固有屬性，宇宙空間的一切物體在任何條件下都有慣性.慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)系，質(zhì)量是慣性大小的量度，也就是說無論物體處于何種狀態(tài)，質(zhì)量大的物體，慣性就大，與物體的受力情況，運(yùn)動(dòng)的形式，皆無關(guān)系.