自由落體運動的定義需要修改嗎?

謝 麗

(安徽師范大學物理與電子信息學院,安徽蕪湖 241000)

本刊2010年第1期發表了《淺談自由落體運動的定義》一文(以下簡稱“淺文”).指出了人教版從1995年到2009年各次出版的教科書對自由落體運動的定義“物體只在重力作用下從靜止開始下落的運動,叫做自由落體運動”是錯誤的.“淺文”認為應該如此表述:物體只有在重力作用下,從速度為0開始下落的運動,叫做自由落體運動.原因是“淺文”認為靜止是指同時滿足速度為0和加速度為0,只有速度為0,而加速度不為0,就不是靜止.

這種說法值得商榷!

由于機械運動的描述具有相對性,為了描述一個物體的運動,我們必須先選擇另一個或幾個物體作為參考系,然后考察物體相對于參考系是否發生位置變化,如果發生了位置變化,我們就說這個物體在運動,否則就說這個物體是靜止的.從這段話中我們可以看出,以地面為參考系,如果物體相對于地面的位置發生變化,則物體在運動;反之,如果物體相對于地面位置不發生變化,物體就處于靜止狀態.

牛頓第一定律表明,任何物體都要保持其靜止狀態或勻速直線運動狀態,直到其他物體所作用的力迫使它改變為止.

由上面的分析我們知道,靜止并不要求速度和加速度同時為0,只要速度為0,物體就處于靜止狀態.以從手中釋放石塊為例來說明自由落體運動,釋放石塊前,石塊相對于地面位置沒有發生變化,我們說它是靜止的,此時它的速度為0,石塊處于平衡狀態,它的加速度也為0.釋放石塊后,由牛頓第一定律知,重力將迫使它改變原來的靜止狀態.但釋放石塊的瞬間,石塊的速度仍為0,石塊相對于地面的位置仍沒有發生變化,所以說,釋放石塊的瞬間,石塊仍是靜止的,但此時它受重力作用,加速度已不為0了.

平時我們在學習過程中說到靜止,多指物體處于平衡狀態,當物體的速度和加速度同時為0時,物體處在靜止狀態并保持靜止狀態;而當速度為0,加速度不為0時,物體將改變靜止狀態,從靜止開始運動.釋放石塊前,石塊是處于持續靜止狀態,這是我們所熟悉的,容易理解.釋放石塊的瞬間,石塊的速度為0,加速度不為0,因而石塊由靜止開始做自由落體運動.

在準確把握了靜止的概念后,筆者得出的結論是:人教版從1995年到2009年15年來出版的5版高中物理教科書中對自由落體運動的定義是正確的.

1 劉克哲.物理學(第2版).北京:高等教育出版社,2002.