慣性概念的認識及其影響

時間：2023-04-30 13:41:11 物理論文我要投稿

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慣性概念的認識及其影響

慣性概念的認識及其影響陳熙謀 12月19日

　　慣性是物理學中最基本的概念之一，也是學習物理學最早遇到的概念之一。這一極為普通和平凡的概念曾經引導許多物理學家深入思考和剖析，促進物理學重大進展，其中蘊涵著深刻的物理思想和豐富的物理學研究方法的教益，是培養(yǎng)學生科學地思考問題的能力非常有效的素材。

　　一、慣性概念的肇始和牛頓的綜合

　　慣性一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態(tài)的屬性。人們對于慣性這一認識有賴于慣性定律的建立，而它則依賴于對于力的認識以及區(qū)分運動狀態(tài)和運動狀態(tài)改變的認識，這一點在人類認識發(fā)展史上經歷了漫長的歲月。

　　在人類思想史上，兩千多年前希臘的哲學家亞里士多德的學說無疑地起過廣泛的影響，然而他關于物理學的論述，許多都是錯誤的。他把物體的運動分為自然運動和強制運動。他認為圓周是完善的幾何圖形，圓周運動對于所有星體都是天然的，因而是自然運動；另外，地球上的物體都具有其天然位置，重物趨于向下，輕物趨于向上，如果沒有其他物體阻礙，物體力圖回到天然位置的運動也是自然運動；其他所有形式的運動則都是強制運動。他還進而指出，關于物體的強制運動，只有在外力的不斷作用下才能發(fā)生；當外力的作用停止時，運動也立即停止。從這里可以看出亞里士多德肯定了兩點：一，自然運動不涉及曳力的問題，只有強制運動才存在力的問題；二、力是物體強制運動的原因。從今天來看，這顯然是錯誤的，然而它束縛了人們近兩千年。

　　從這種把物體的運動歸結為外力作用的觀念，可以提取出靜止物體具有慣性的概念。開普勒在他1609年發(fā)表的著作《新天文學》和1619年發(fā)表的著作《宇宙諧和論》中寫道；“天體有留在天空中任何地方的性質，除非它被拖曳著。”“如果天體不賦有類似于重量的慣性，要使它運動就不需要力，最小的動力就足以使它有無限的速度，但由于天體公轉需要用一定的時間，有的長些，有的短些，因此非常明顯，物質必須具有能說明這些差別的慣性�！薄皯T性，或對運動的阻力是物質的一種特性，在給定的體積中，物質的量愈多，慣性愈強�！边@大概是關于物體慣性的最早陳述。可以看出開普勒所說的慣性是指靜止物體的慣性，甚至他已經認識到物體的慣性與它的質量有關，然而他顯然受到亞里士多德思想的束縛，不可能思考運動物體是否具有慣性的問題。

　　伽利略開創(chuàng)了實驗和理性思維相結合的近代物理研究方法，并用于研究物體的運動。他對于亞里士多德關于物體運動的粗糙的日常觀察、抽象的猜測玄想和想當然的思辨推理十分不滿，他通過科學實驗和科學推理得到許多正確的結果，總結在他的著作《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》（1632年）和《關于力學和運動兩門新科學的對話。（1638年）中，其中一個重要的結果如下。假設沿斜面AB落下的物體，以B點得到的速度沿另一斜面BC向上運動，則物體不受BC傾斜的影響仍將達到與A點相同的高度，只是需要的時間不同；當第二個斜面變成既不上升，亦不下降的水平面時，物體將一直以已獲得的速度永遠向前運動。伽利略的思想無疑地比他的前輩前進了一大步，他認識到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運動，這已經很接近慣性定律，但是伽利略還沒有擺脫亞里士多德的影響，他所說的水平面是和地球同心的球面，也就是說，那種不受其他物體作用的物體的永恒運動是圓周運動，因此我們還不能說伽略發(fā)現了慣

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