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以能量解读牛顿力学 牛顿《自然哲学的数学原理》的发表，标志着经典力学的成熟, 这一力学的成就，在近代自然科学史上具有划时代的进步意义，产生了极其深远的影响，具有巨大的现实应用价值，至今还是中学物理教科书的重要内容。 牛顿力学实现了人类对自然界认识的第一次大综合和大飞跃,用力学运动的普遍规律论证了自然界的统一性。 能量概念的提出，以及 能量转化和守恒定律的确立，是人类认识自然又一伟大的里程碑,能量守恒定律是自然界最普遍，最重要的基本定律，已被无数次实验所证明，它的确立是人类在对自然规律认识和探索中，逐步积累到一定程度的必然结果。牛顿力学中没有能量的概念，这应该是牛顿力学的时代局限,今天用能量解读牛顿力学，会发现其间的内在联系和统一。 物体的惯性是牛顿力学的基石,是物理学中最基本的一个概念，提起惯性总有些神秘感，费曼说："惯性背后有着最隐晦的原因"。 在教学中也只是强调惯性是物质固有属性，是不能证明的公理。 我们把物体保持原有运动状态的性质称为惯性。物体之所以有惯性，是因为改变物体的运动状态需要相应的能量，需要相应能量的多少，与物体惯性的大小成正比。 运动状态本质上反映的是物体的动能,物体保持原有的运动状态，是物体保持自身的动能,这反映的恰恰是能量守恒定律。 因此物体的惯性是由能量守恒定律所决定的性质。或者说物体的惯性与能量守恒定律是统一的。 牛顿第一定律实质上是；物体在没有发生动能交换和变化的情况下,总保持自身原有的动能,其表现为总保持原有的运动状态，即惯性状态。 以上结论如能达成共识，有必要写进物理教科书，这样能使学生更好地理解和认识惯性以及牛顿第一定律。 由于牛顿力学中没有能量的概念,因此在牛顿力学中"力"与"能量"是相互混淆的,至今"官科"也没有把这两个概念澄清,其典型的表述是;"力是物体产生加速度的原因"。物体产生加速度是物体的动能发生了改变,产生加速度需要相应的能量,因此"力是物体产生加速度的原因"这一表述是错误的,或者说是不恰当的，应该是;"动能改变是物体产生加速度的原因"。 这一表述如果被认同，那么物理教科书也要改一下了。 牛顿第二定律现在通常的表述是：作用于物体上的力的大小与物体的加速度成正比，力的方向与加速度的方向相同。这里必须要认清的是，这个力不是凭空产生的,是建立在能量交换基础之上的,能量交换使物体相互作用便产生了力,这就是人们通常所理解地"力"的概念,牛顿在《原理》定义之四中把它定义为"外力"。 当物体的质量越大,加速度越大,其能量交换就越剧烈,相互作用也越强烈,产生的力也就越大。因此牛顿第二定律是能量交换的效应,牛顿定义的"外力"本质上反映的是物体间能量交换的烈度。 牛顿第三运动定律的表述是;"每个作用总是有一个相等的反作用和它相对抗"。这实际上反映的是一个物体在作用中相对得到一个能量E,必然有另外物体在反作用中相对失去一个能量E,完成能量交换而能量始终保持不变。 通过以能量解读牛顿力学,使我们对牛顿力学有了更加清晰的认识,牛顿定律与能量守恒定律是相融相洽的，反映了自然规律的普遍联系和统一。 发稿人; 张永宇 |