慣性及慣性定律的理解

張鍇治

摘 要：通過中學(xué)物理的學(xué)習(xí)，我們對物理學(xué)中的慣性及慣性定律有了一定的了解，通過在圖書館查閱相關(guān)資料，對慣性及慣性定律有了更深入的理解，形成此文，以供老師和同學(xué)指正。

關(guān)鍵詞：物理，慣性，慣性定律

一、正確區(qū)分慣性和慣性定律

混淆慣性和慣性定律的主要原因是沒能抓住慣性定律中“一切物體在沒有受到外力作用樣運動，都具有慣性”。也就是說，慣性是物體的一種固有性質(zhì)，它不隨外界條件的改變而改變，與受不受外力無關(guān)。慣性是物體在任何情況下都要表現(xiàn)出來的。而慣性定律則是研究物體在不受外力作用下如何運動的一個規(guī)律性問題，它是一個運動定律。經(jīng)這樣對比就很容易知道慣性是物體的一種性質(zhì)，它不受如何條件的制約，是無條件的。而慣性定律則揭示了力和運動的關(guān)系，是自然界的一個普通定律，它和一定條件相聯(lián)系，并受一定條件制約。慣性定律完全是物體由于慣性的主導(dǎo)而體現(xiàn)出的一種規(guī)律。

二、慣性定律的表述方式

牛頓第一定律是動力學(xué)定律的基礎(chǔ)，但它本身并不表征物體的某種動力學(xué)性質(zhì)，它是關(guān)于人類體驗認(rèn)識自然之美、自然之和諧的陳述。據(jù)于上面的論述，對牛頓第一定律的陳述方式作以下的要求是并不過分的：反映時間的均勻性、空間的對稱性及自然之美對人的呈現(xiàn)?？墒牵F(xiàn)行的許多教科書中對牛頓第一定律的陳述是很不一致的。當(dāng)然，這種不一致性用老眼光來看是無傷大雅的，但以今天的眼光來看，這種差異性就成為值得商榷的了。

三、慣性定律與牛頓第二定律的關(guān)系

當(dāng)物體所受的合外力為零時，從牛頓第二定律可知物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或做勻速直線運動。可是，僅依據(jù)這一點卻不能認(rèn)為牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個特例。因為這兩個定律的論述對象其實是不一樣的。牛頓第二定律的研究對象是一個物體，而牛頓第一定律論述的是整個存在的性質(zhì)。慣性——這個任何物體均具有的性質(zhì)其實不是我們的個別研究對象所具有的性質(zhì)，因為這個“任何物體”，包括了天地間的萬物，而萬物的總稱即是宇宙。也即任何個別的物體都不可能無條件地具有慣性：慣性是存在的特性，是存在著的時空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛頓第二定律是關(guān)于個別物體因果性的規(guī)律，而牛頓第一定律卻與個別物體的因果性無關(guān)，它是存在之狀態(tài)的表述，它的表述是與具體的特定的時間無關(guān)的、瞬時性的。正是這種非時間性構(gòu)成了牛頓力學(xué)的本質(zhì)特征。也正是牛頓第一定律所成立的時間均勻性與空間對稱性構(gòu)成了慣性系的特殊地位，從而使我們可以在牛頓第二定律的意義上來研究物體的動力學(xué)關(guān)系。因為毫無疑問，物體的運動性質(zhì)和規(guī)律與采用怎樣的空間和時間來度量有著密切的關(guān)系。由此可見，不僅牛頓第一定律不是牛頓第二定律和特例，恰恰相反，現(xiàn)行的動力學(xué)規(guī)律正是牛頓第一定律所揭示的存在之性在具體的個體事物上的展現(xiàn)。慣性定律比牛頓第二定律具有更強的基礎(chǔ)性。也就是說，正是慣性現(xiàn)象，構(gòu)成了牛頓動力學(xué)所以成立的操作平臺。由于物體在不受外力作用下保持其速度不變，因而物體運動速度的變化才跟物體的受力相關(guān)。

最后，牛頓把慣性定律放在三個運動定律的首位也是與其對自然的信仰因素有關(guān)的。因為在文藝復(fù)興之前的絕大部分思想家繼承了亞里士多德關(guān)于物體運動內(nèi)在決定論的觀點。但在牛頓看來，基本的物質(zhì)粒子完全是惰性的，沒有任何自發(fā)的運動，而電、磁、光這些“非物質(zhì)”的力量則成為神在自然中的行動的載體。也就是說，慣性定律內(nèi)隱含著牛頓否定亞里士多德運動觀的內(nèi)在目的論并從而建立新力學(xué)的形而上的基礎(chǔ)。

四、慣性與物體運動狀態(tài)變化的難易程度無關(guān)

通常認(rèn)為質(zhì)量是物體慣性大小的量度是據(jù)于這樣的理由：質(zhì)量大的物體在相同的力作用下其運動狀態(tài)不容易改變。這是由牛頓第二定律所得到的基本結(jié)論。而事實上物體運動狀態(tài)是否變化，物體運動狀態(tài)的變化是難還是容易是與慣性無關(guān)的。慣性所揭示出的物體之性質(zhì)不在于其使（或抗拒）物體運動狀態(tài)的改變或代表改變的難易程度的能力，而在于它的保持某種特定狀態(tài)（靜止或勻速直線運動）的本領(lǐng)：因而慣性與物體的質(zhì)量無關(guān)。倘若慣性與物體的質(zhì)量有關(guān)的話，則我們也可以說力與慣性也有關(guān)系。因為對于相同質(zhì)量的物體而言，力越小其運動狀態(tài)就越難改變。因而，也即力越小物體的慣性越大。

因此，“質(zhì)量是物體慣性大小的量度”這個論題，在幾個角度去看都是錯誤的。第一，質(zhì)量不是物體慣性大小的量度。個別研究對象的質(zhì)量與其所揭示的慣性毫無關(guān)聯(lián)。因為這兩者從數(shù)量上來看是一對無窮大的關(guān)系，從內(nèi)容上來看是個體與存在的關(guān)系，在它們之間，人類的理性不可能找到邏輯上的因果鏈。第二，“物體（的）慣性”這樣的說法缺乏依據(jù)，因為慣性不是物體的性質(zhì)。物體只是作為慣性的表現(xiàn)者而存在的。第三，“慣性（的）大小”這樣的說法也缺乏依據(jù)，因為慣性沒有大小，慣性只是存在的一種表達(dá)方式，一種特定狀態(tài)的顯現(xiàn)。第四，既然慣性并無大小，我們也不可去進(jìn)行量度，事實上，任何一本教科書上也沒有指出慣性與質(zhì)量的函數(shù)關(guān)系，因為這一函數(shù)關(guān)系并不存在，它只是人們的一個虛假的邏輯推測，誰也不能證明質(zhì)量與慣性成正比或不成正比，更不能得出它們之間的比例系數(shù)，因為這些關(guān)系均是虛假的。因而，物理學(xué)界流傳的物體的慣性等于它的質(zhì)量只是人們一個隨心所欲的錯誤言說。

總之，隨著現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展，我們可以認(rèn)識到使物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的原因并不在物體的內(nèi)部、也跟力無關(guān)，而是由于物體所處的時間均勻性與空間對稱性。也就是說，我們必須對牛頓意義上的慣性作出更開放性與發(fā)展性的深入為兩個層面的結(jié)論：在沒有外力的作用下，一個物體，它能保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動是由于慣性，即時間均勻性與空間對稱性；在同樣大小的力的作用下，一個物體它的運動狀態(tài)較難改變是由于它的動力學(xué)特性——抗性，即它的質(zhì)量較大。

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