慣性到底和速度有關(guān)系嗎？

曹 欣

(縉云縣仙都中學(xué) 321400)

在學(xué)習(xí)慣性的時(shí)候，雖然知道慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，但是大部分學(xué)生心里卻還是存在著這樣的疑問：兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，在阻力相同的情況下，速度大的不容易停下來，可是為什么我們就是不能說“速度大的物體慣性大”呢？為什么質(zhì)量是慣性的唯一量度呢？

解決這一問題，我們可以從以下幾個(gè)方面入手：

一、慣性體現(xiàn)了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被改變的難易程度

新課標(biāo)課本P74中，慣性的定義是這樣的：慣性即是物體具有的保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，是物體體現(xiàn)出來的“抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的本領(lǐng)”.

從這句話中，我們不難理解，慣性的大小就體現(xiàn)在物體保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本領(lǐng)的大小上.物體保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本領(lǐng)越大，慣性就越大，反之則越小.也就是說，我們?nèi)绻袛鄳T性的大小與什么有關(guān)，就需要從物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被改變的難易程度上入手.

那么，什么是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即是物體的速度(包括大小與方向).下面，我們就從具體的例子出發(fā)，來看看，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被改變的難易程度.

例1 在光滑的水平面上有A、B兩個(gè)物體.A物體的初速度為10m/s，受到100N的水平力作用，經(jīng)過10s停下來；B物體的初速度也為10m/s，受到1N的水平力作用，經(jīng)過10s停下來.

1.A物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量為10m/s,B物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量也為10m/s

2.發(fā)生這樣的狀態(tài)變化，A、B兩物體所花費(fèi)的時(shí)間是一樣的.

3.在相同的時(shí)間里發(fā)生同樣的狀態(tài)變化，A物體需要100N的力，而B物體只需要1N.

4.哪個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更難改變？——A物體！

5.哪個(gè)物體的慣性更大？——A物體！

例2 在光滑的水平面上有A、B兩個(gè)物體.A物體的初速度為10m/s，受到10N的水平力作用，經(jīng)過10s停下來；B物體的初速度為1m/s，也受到10N的水平力作用，經(jīng)過10s停下來.

1.A、B兩物體所受到的力是一樣的

2.A、B兩物體所花費(fèi)的時(shí)間是一樣的.

3.相同的力、相同的時(shí)間，A物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量為10m/s，B物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量為1m/s.

4.哪個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更難改變？——B物體！

5.哪個(gè)物體的慣性更大？——B物體！

例3 在光滑的水平面上有A、B兩個(gè)物體.A物體的初速度為10m/s，受到10N的水平力作用，經(jīng)過10s停下來；B物體的初速度為1m/s，也受到10N的水平力作用，經(jīng)過1s停下來.

1.A、B兩物體所受到的力是一樣的

2.A物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量為10m/s，B物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變量為1m/s(A是B的10倍)

3.A物體發(fā)生這樣的改變需要10s，B物體發(fā)生這樣的改變需要1s(A是B的10倍)

4.哪個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更難改變？——兩個(gè)物體一樣

5.哪個(gè)物體的慣性更大？——兩個(gè)物體相同

從這一系列的推理中，我們可以更深刻地體會(huì)什么是“物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度”，從根本上了解到“速度大的物體慣性大”這句話的錯(cuò)誤所在，并理解慣性大小與物體的速度大小其實(shí)毫不相干.

二、牛頓力學(xué)中“慣性與質(zhì)量的關(guān)系”

其實(shí)，從上面的推理中，我們還會(huì)看到，“力”、“慣性大小”、“速度變化量與時(shí)間的比值”，三者之間存在著聯(lián)系，用公式表示如下：

其實(shí)，牛頓最早在描述質(zhì)量的概念時(shí)，就已經(jīng)說過：“物質(zhì)的量同物體的慣性成正比，密度相同的物體是指那些其慣性與其體積之比相等的物體.”在牛頓力學(xué)體系中的質(zhì)量的概念，其實(shí)就是我們現(xiàn)在所說的“慣性質(zhì)量”，它們在被定義之初，就已經(jīng)有了不可分割的關(guān)系了.

三、學(xué)生心目中的那個(gè)量

學(xué)生的心目中，甚至普通百姓心目中，都有這樣的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)：運(yùn)動(dòng)速度越大，越難停下來.其實(shí)，這一認(rèn)識(shí)與“質(zhì)量是慣性的量度”這一理論是沒有矛盾的.因?yàn)樵谶@個(gè)經(jīng)驗(yàn)中，人們要達(dá)到的最終目的是讓運(yùn)動(dòng)著的物體“停下來”，對于不同的物體，它需要改變的的量值是不一樣的，因此我們不能用“使其停下來的難易”來衡量“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被改變的難易”.

那么學(xué)生心目中的那個(gè)難易程度究竟是什么呢？

這里，我們不妨把學(xué)生的“速度越大的物體越難停下來”換一種表述：速度越大的物體，對其他事物所造成的沖擊越厲害.

換成這種表述，就不難理解，其實(shí)學(xué)生心目中的那個(gè)“難易程度”、那個(gè)物理量，并不是我們所說的慣性，而是動(dòng)量，甚至更確切一點(diǎn)的說，這個(gè)物理量是對應(yīng)著在某一定的時(shí)間間隔里迫使物體停下來的“力”.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳毓芳，鄒延肅.物理學(xué)史簡明教程[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]趙凱華，羅蔚茵.新概念屋里教程力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012.