類比理解物體的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)慣性

摘 要 物體任何保持原有狀態(tài)不變的性質(zhì)，都可以叫做慣性。本文用類比的方法從力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)各方面闡述了物體多種慣性的存在，并重點討論了物體熱慣性的表示以及與哪些因素有關(guān)。此外，本文還從守恒的角度探討了慣性所蘊(yùn)含的對稱性。

關(guān)鍵詞 慣性;熱慣性;導(dǎo)熱系數(shù);導(dǎo)溫系數(shù)

“慣性”一詞最先出自伽利略1632年出版的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》[1]，指的是物體保持靜止或勻速直線運動的性質(zhì)。而現(xiàn)代我們所認(rèn)識的慣性則來自牛頓第一定律：物體總保持原有狀態(tài)不變，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。物體這種保持原有狀態(tài)不變的性質(zhì)叫做慣性。所以牛頓第一定律也稱為慣性定律。質(zhì)量越大的物體，慣性越大。后來，牛頓用實驗得出了力與物體運動狀態(tài)改變之間的定量關(guān)系———牛頓第二定律，并正式定義了物體的質(zhì)量———物體慣性大小的量度。質(zhì)量越大的物體，相同大小的力改變它的運動狀態(tài)就越難，因此我們才說牛頓第二定律中的質(zhì)量是物體的慣性質(zhì)量[2]。物體的宏觀運動狀態(tài)由速度來描述。對于實際的其它熱學(xué)或電磁學(xué)系統(tǒng)，它們的宏觀狀態(tài)由什么來描述？ 改變這些狀態(tài)需要給系統(tǒng)施加什么樣的作用？ 這些問題之間似乎存在一些聯(lián)系或者說類比性，那么熱學(xué)系統(tǒng)和電磁學(xué)系統(tǒng)內(nèi)是不是也存在某種慣性呢？ 本文通過類比的方法，揭示物體狀態(tài)參量所對應(yīng)的慣性及其在狀態(tài)變化之間的具體阻礙作用。從而更深層地討論慣性所對應(yīng)的對稱性本質(zhì)或守恒問題，可引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)對所學(xué)知識的綜合理解。

1 力學(xué)系統(tǒng)的慣性

物體因為有質(zhì)量，因而具有保持原有平動狀態(tài)不變的性質(zhì)，稱為物體的平動慣性。物體的平動狀態(tài)可由其質(zhì)心速度（或質(zhì)心動量）來描述，要改變物體的平動狀態(tài)需要外力的作用?；蛘哒f外力是改變物體平動狀態(tài)的原因。這一性質(zhì)由牛頓第二定律來定量表示