淺議慣性與參照系的關系

姚黎豪

摘要：對在運動進行描述時，需要選取一定的參照系，所選擇的參照系不同，那么對物體運動的描述就會不同。要判斷一個參照系是否為慣性參照系，需要通過實驗來驗證。而在對牛頓第一定律進行表述時，我認為要判斷所選取的參照系是否為慣性系，其判斷的依據就是牛頓第一定律是否成立。

關鍵詞：慣性 參照系 關系

慣性系是一種十分理想化的參照系，引力不會對其起到任何作用，且其自身不存在加速度，是一種較為自由的參照系。在牛頓第一定律中，對慣性系進行定義，因此，我認為對慣性與參照系的關系進行研究非常有必要。

一、慣性與參照系

慣性是指物體保持靜止或者勻速直線運動狀態的性質，其是物體的一種固有屬性。我認為，物體都有其自身的運動狀態，而慣性所表現的就是物體對這一狀態變化的阻抗程度，而對慣性大小進行衡量時，衡量的標準便是物體的質量。比如，在物體不受外力時，慣性表現為物體的狀態維持不變；當其受到外力的作用且外力不為0時，其狀態就會發生改變。

參照系是在對物體運動情形進行研究時，所選定的具有參照作用的物體，或者彼此之間不存在相對運動的物體系。將牛頓定律作為判斷依據，如果其在參照系中成立，那么就認為其是慣性參照性；如果牛頓定律在參照系中不成立，那么則認為此參照系是非慣性參照系。我認為參照系具有以下特點：首先，可被作為參照系的物體都是假設處于絕對靜止狀態的，而被研究物體的運動狀態是相對于參照系來說的。其次，任何物體都可作為參照系，因此，可根據研究需要，進行合理選擇。最后，在不同的運動進行比較時，應在同一參照系中進行。

二、慣性參照系的判斷依據是牛頓第一定律

動力學問題是高中物理研究的重點問題，而在解決此類問題時，比較常用的是牛頓第一定律和牛頓第二定律。在運用牛頓定律時，我認為最重要的就是要確定慣性參照系。我們都知道，在經典力學中，絕對靜止的參照系是不存在的，因此只能假設存在這樣的參照系，能夠利用此參照系對牛頓定律進行表述，而慣性參照系是相對于絕對靜止的參照系而言的，相對于其做勻速運動的參照系便被定義為慣性參照系。所有的質點在運動過程中發生的位移、速度等，在不同的參照系中所取的值是不同的，但參照系之間彼此是做勻速運動的，所以質點在不同參照系中所表現出的物理規律都是相同的。

在我們高中物理的學習中，從嚴格意義上來說，作為恒星的太陽，屬于慣性參照系。通過高中物理的學習，我們都知道存在于宇宙空間內的物體都是處于運動狀態的，所以，絕對靜止的物體的不存在的，那么絕對靜止的參照系也只是相對其他參照系而言的。假設太陽是非慣性系，其以一定的速度和半徑圍繞著銀河系的中心旋轉，于是可以將其向心加速度計算出來，也就是說我們計算出太陽單位質量上承受的力，即310-10N。如果我們要求的精度比計算值更低，那么就可將太陽視為慣性系。

三、地球是常用的慣性參照系

眾所周知，地球有自轉和公轉，我認為在將地球作為慣性參照系時，需要忽略掉其自轉，否則就無法對地面及其附近的物體進行研究，且研究的是物體在短時間內的運動狀況。之所以要強調短時間，是因為地球公轉一周所需的時間很長，“短時間”是相對這一時間而言的。于是，可將太陽作為參照物，認為地心是在做勻速直線運動。比如，在自由落體運動中，受地球自轉的影響，地面上不同的地方產生的加速度是不同的，而最大的加速度是0.034m/s2，與地面附近的重力加速度相比，其要小得多。因此，我認為這是在自由落體運動中不考慮地球自轉的主要原因。所以，我們所學習到的自由落體運動，其運動方式是豎直下落。

但是，如果我們要對自由落地運動做進一步的研究，則會發現其落地點并不是在物體的正下方，而是略微有所偏離，偏離方向為東方。我認為出現偏離的原因就是地球的自轉。因此，在對此問題進行研究時，是需要考慮地球自轉的，所以不能將地球作為其慣性參照系。

此外，如果所研究的物體運動存在于較小的范圍內，而在這個較小的范圍內，可以將水平地面近似的看作平面。那么，此物體也可認為是慣性參照系。而在對二體問題進行研究時，最為常用的慣性坐標系是質心坐標系，這主要是因為研究對象是兩個質點，且兩者的受力是相互之間的作用力，除此之外便不受其他力的作用。所以，將慣性坐標系作為參照物，可以發現質心沒有加速度。并且，在加入一定輔助量的情況下，二體問題便能得到簡化，成為一體問題。

四、結語

綜上所述，在研究物體的運動狀態時，必須在選定參照系，而其中的慣性參照系是相對于牛頓定律而言的。當牛頓定律在參照系中成立時，則可認為其是慣性參照系。目前，我認為在物理學中，普遍使用的慣性參照系便是太陽和地球。

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