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(duì)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(duì)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的一個(gè)規(guī)律性問題，它是一個(gè)運(yùn)動(dòng)定律。經(jīng)這樣對(duì)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(yùn)動(dòng)的關(guān)系，是自然界的一個(gè)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(dòng)力學(xué)定律的基礎(chǔ)，但它本身并不表征物體的某種動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，它是關(guān)于人類體驗(yàn)認(rèn)識(shí)自然之美、自然之和諧的陳述。據(jù)于上面的論述，對(duì)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(shí)間的均勻性、空間的對(duì)稱性及自然之美對(duì)人的呈現(xiàn)。可是，現(xiàn)行的許多教科書中對(duì)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(shí)，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(yùn)動(dòng)。可是，僅依據(jù)這一點(diǎn)卻不能認(rèn)為牛頓第一定律是牛頓第二定律的一個(gè)特例。因?yàn)檫@兩個(gè)定律的論述對(duì)象其實(shí)是不一樣的。牛頓第二定律的研究對(duì)象是一個(gè)物體，而牛頓第一定律論述的是整個(gè)存在的性質(zhì)。慣性——這個(gè)任何物體均具有的性質(zhì)其實(shí)不是我們的個(gè)別研究對(duì)象所具有的性質(zhì)，因?yàn)檫@個(gè)“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(gè)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(shí)空的特性，是宇宙的特性。

其次，牛頓第二定律是關(guān)于個(gè)別物體因果性的規(guī)律，而牛頓第一定律卻與個(gè)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(shí)間無關(guān)的、瞬時(shí)性的。正是這種非時(shí)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(shí)間均勻性與空間對(duì)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(dòng)力學(xué)關(guān)系。因?yàn)楹翢o疑問，物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和規(guī)律與采用怎樣的空間和時(shí)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(dòng)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(gè)體事物上的展現(xiàn)。慣性定律比牛頓第二定律具有更強(qiáng)的基礎(chǔ)性。也就是說，正是慣性現(xiàn)象，構(gòu)成了牛頓動(dòng)力學(xué)所以成立的操作平臺(tái)。由于物體在不受外力作用下保持其速度不變，因而物體運(yùn)動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)定律的首位也是與其對(duì)自然的信仰因素有關(guān)的。因?yàn)樵谖乃噺?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(yùn)動(dòng)內(nèi)在決定論的觀點(diǎn)。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(yùn)動(dòng)，而電、磁、光這些“非物質(zhì)”的力量則成為神在自然中的行動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)上物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否變化，物體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)）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?yàn)閷?duì)于相同質(zhì)量的物體而言，力越小其運(yùn)動(dòng)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(gè)論題，在幾個(gè)角度去看都是錯(cuò)誤的。第一，質(zhì)量不是物體慣性大小的量度。個(gè)別研究對(duì)象的質(zhì)量與其所揭示的慣性毫無關(guān)聯(lián)。因?yàn)檫@兩者從數(shù)量上來看是一對(duì)無窮大的關(guān)系，從內(nèi)容上來看是個(gè)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?yàn)閼T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?yàn)閼T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(shí)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?yàn)檫@一函數(shù)關(guān)系并不存在，它只是人們的一個(gè)虛假的邏輯推測(cè)，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?yàn)檫@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(gè)隨心所欲的錯(cuò)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(shí)到使物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)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(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性。也就是說，我們必須對(duì)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(gè)層面的結(jié)論：在沒有外力的作用下，一個(gè)物體，它能保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)是由于慣性，即時(shí)間均勻性與空間對(duì)稱性；在同樣大小的力的作用下，一個(gè)物體它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較難改變是由于它的動(dòng)力學(xué)特性——抗性，即它的質(zhì)量較大。

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