慣性定律在生活中的應用

摘要：物理知識與人們的生活有著較為密切的聯系，生活中的部分現象可以使用物理知識進行解答。本文以慣性定律在生活中的應用為研究內容，分析生活中常見的慣性現象，以及如何更好的利用慣性這一物理現象。

關鍵詞：慣性定律 慣性 物理知識 應用

當汽車從高速運動狀態快速剎車時，乘客的身體將會向前傾倒，此時將受到安全帶的作用，保證乘客的安全。再或者是重型卡車一般都會與前車保持較遠的安全距離，這是由于重型卡車的剎車距離較長所導致。以上種種現象，都是因為慣性的原因所導致，而生活中的慣性現象卻不只如此。

一、慣性定律

所謂慣性定律，也被稱為牛頓第一定律，英國著名科學家牛頓在其研究中發現，當沒有外力對物體產生作用的時候，物體將保持靜止或勻速直線運動兩種狀態，當某種外力打破這一平衡時，物體的運動狀態將會發生改變。

對于物體這種保持原有運動狀態不變的特性，就是慣性。一切物體都有著慣性，然而，慣性卻也具有量度，不同質量的物體所具有的慣性大小也是不一樣的。例如，質量大的物體，其慣性也較大，而質量較小的物體，其慣性也就越小。對于質量較大的物體來說，在改變其運動狀態時，需要施加的外力也就越大，對于質量不同的運動物體來說，當施加的外力要素相同時，若要使運動狀態的改變量一致，則需要的時間也就存在差別，這一差別具體體現在物體的運動距離上。因此，關于載重量較大的卡車需要與前車保持較遠的安全距離這一要求，也就能夠得到解釋。

二、慣性定律的應用

在日常生活中，慣性定了的應用較為常見，下面通過分析幾種現象來加深對慣性定律的認識。

（一）車內的安全帶

基于安全帶對駕駛員和乘客的保護作用，安全帶已經成為汽車強制安裝的設備，并且，隨著車輛速度的不斷提高，安全帶的使用效果更加明顯。在交通法規中，要求駕駛員和乘客正確使用安全帶，對未系安全帶的行為，可以給與警告、扣分、罰款等處罰。

據以往交通事故資料顯示，未正確使用安全帶是導致駕駛員和乘客死亡、重傷的主要原因之一，尤其是在車速較快時，一旦遇到突發情況而導致的車輛驟停或失控，駕駛員和乘客會由于慣性的作用被甩出車外，進而造成二次傷害。而正確使用安全帶的駕駛員和乘客，則會由于安全帶的防護作用，被牢牢固定在座椅上，發生傷亡的幾率將會降低47%。

（二）急剎車導致的車輛前翻

在一些電影中，經常會出現一些特技鏡頭，比如，摩托車駕駛員在快速行駛過程中突然急剎車，摩托車尾部將會高高翹起，其實，這也是慣性的作用。當摩托車在高速行駛過程中，如果采用前剎，那么，摩托車尾部和駕駛員都會繼續維持原有運動狀態，從而出現尾部前傾的狀態，此時需要駕駛員通過改變身體重心來對摩托車的姿態進行控制，避免翻車。

在實際生活中，在高速行駛過程中，如果貿然使用前剎，出現車輛前翻的可能性大大增加，尤其是在下坡路段時，由于車輛前后重心不再一個水平面上，車后重心明顯偏高，在高速下坡路段使用前剎，是一種極為危險的操作。因此，在駕駛車輛的過程中，盡量避免前剎的使用，即便是使用前剎，也應當是與后剎配合使用，或者是在車速較低的情況下使用，避免車輛發生前翻。

（三）戰斗機在空中格斗前丟掉副油箱

為增加戰斗機的飛行半徑，研究人員為戰斗機設計了副油箱，當戰斗機在正常飛行狀態下，可以使用副油箱中的燃料，一旦接到作戰命令，這會迅速拋棄副油箱，進入戰斗狀態。盡管，副油箱的使用能夠為飛機提供更多的燃料，延長滯空時間，但是，飛行員丟掉副油箱的愿意除了避免副油箱被擊中后爆炸外，還有一個重要的因素，這就是慣性。在空中格斗中，要求戰斗機能夠靈活的使用各種戰術動作，空中高速回旋包絡線應盡可能緊密，轉彎半徑越小，也就能夠增加獲勝的概率。在攜帶副油箱的狀態下，戰斗機的質量大大增加，在慣性的作用下，需要較長的運動距離才能完成規定的戰術動作，而這卻也給對手提供了機會，使自己處于危險之中。

因此，具備優良空中格斗性能的戰斗機，其不僅有著完美的氣動外形，也會在整機質量方面保持最佳的狀態。

（四）飛行器的姿態控制

慣性定律在航天領域也有著廣泛的應用，其中，以我國首次載人航天試驗為例，研究人員不僅要規避慣性帶來的風險，還要科學的利用慣性來完成姿態控制、變軌等一系列操作。在載人航天器上，有著多個小型火箭發動機，由于慣性的問題，導致載人飛船的姿態與軌道在發生著緩慢的變化，需要在此過程中開動火箭發動機進行反向加力，以保證載人飛船的飛行參數正常。基于宇宙的真空環境，載人飛船并不需要將過多的燃料消耗在飛船的前進方向上，這是由于真空環境中的阻力較小，飛船運動方向上的慣性會長時間保持，這對載重要求極為苛刻的航天工程來說，是一個極為有利的優勢。

三、改變慣性的方法及案例

從慣性定律中可以看出，慣性的改變需要通過施加外力來實現，在現實生活中，人們可以通過施加外力的方式，對物體的慣性參數進行控制，以滿足人們的需要。

根據慣性定律的定義，影響慣性大小的唯一因素就是質量，并且，物體慣性大小與其質量成正比，物體質量越大，慣性也就越大。例如，航空母艦上所使用的錐形飛輪儲能系統，巨大的慣性使得飛輪能夠吸收艦載戰斗機降落時的動能，隨著艦載戰斗機質量的增加，其降落動隨之增大，為提高錐形飛輪的慣性，其質量也成一定比例的增加。

四、結語

慣性是一把雙刃劍，在給人們生活帶來方便的同時，也可以造成巨大的破壞。然而，從慣性定律的內容來看，慣性是可以被控制的，通過合理控制慣性參數的大小，能夠避免慣性的不利影響，并實現慣性在生活中的合理利用。

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（作者簡介：王卓群，濟寧市育才中學，學生。）endprint