惯性大小再解释

物体的惯性，被认为是物体的一种性质，也说是物体的固有属性。然而惯性的事实说明，惯性的性质有从保持变反抗的超越，即它能保持不受力物体的运动状态不变，又能在物体运动状态发生变化时产生作用使施力物体受到反抗。说惯性是物体固有的性质虽然还能说得通，但从惯性能产生作用上看，若叫做物体的“本能”似乎更好些。正因为惯性有超性质的表现，致使许多人既把惯性当作一种性质，又认为惯性有大小的度量，但终究认识不到惯性的作用。所以在惯性解释中，人们说惯性有大小,又说惯性大小不是力。这不能不说是惯性认识的纠结。看来,惯性大小是一种非术语的俗称,含糊其辞地用以表示惯性的作用。

本来，惯性的作用最早被牛顿叫做惯性力，但大多接受非工程机械专业教育的人没学过惯性力概念，特别是理论或教辅中有一个虚假惯性力招摇撞骗，导致一些人拼命反对惯性力。反惯性力的人可能对惯性作用还是有所感触，于是创造出惯性大小一词来作表面文章。常见的惯性大小说法是：“一、惯性的大小表示运动状态改变的难易程度，而不是表示把物体从运动变为静止的难易程度。二、质量是惯性大小的量度，和其它因素完全无关。物体质量大的惯性大，质量小的惯性小。”“惯性的大小表示运动状态改变的难易程度”的说法是对的，但“而不是表示把物体从运动变为静止的难易程度”就自相矛盾了。物体的运动与静止是两种状态，运动状态改变就包括从运动到静止或从静止到运动；把物体由运动变为静止的难易，就是运动状态改变的难易。说“物体质量大的惯性大，质量小的惯性小”不算全错。问题是用质量大小来衡量惯性大小是有条件的，要在加速度相同时才有质量大者惯性大质量小者惯性小，加速度不同时甚至有质量小者惯性大。

惯性大小这个概念不见经传，可能是人们根据推拉物体时，感觉到大的物体用力大，小的物体用力小，从而产生了物体的惯性有大有小的意识，并把惯性大小与质量大小联系起来。这种认识超过了惯性保持阶段有所进步，但没把惯性大小与加速度联系起来又是浅薄片面的。因为同一个物体你可用不同的力推拉，而且推拉小物体的力可以比大物体的力大，其中你用的力大小就反映惯性的大小。比如地面上的1块砖与捆绑在一起的10块砖，在静止或匀速直线运动时没有惯性大小的比较问题，只有由静止变运动或由运动变静止时，才有惯性大小的比较。这种运动状态的改变需要有外力的作用，而运动状态改变就是有了加速度，有加速度才能衡量惯性大小。如果1块砖的加速度比10块砖的加速度大10倍，显然在1块砖和10块砖上所用的外力相同，也就是改变两物体的运动状态的难易程度相同，从而反映1块砖与10块砖的惯性大小相同。你若使1块砖的加速度更大，就要用更大的力，这时1块砖比10块砖的惯性大小要更大。

在一个光滑的平面上推一物体，若物体的惯性只是特定的性质而与力无关，那么推物体的力就不成立。因为力总是成对出现并互相作用，不存在无反作用力的单方作用力。若惯性不能表现为力的作用，推任何质量的物体也跟出手打空拳一样，都没有被推物轻重的感觉，也就无从谈起用多大力了。两物体静止或匀速直线运动时，不能说质量大的惯性大，只有静止与运动的相互转变或运动速度大小变化时才能谈到惯性的大小。物体的静止与匀速直线运动的惯性是等效的，是因为物体的运动速度寄寓在物体的质量上，当匀速直线运动没有惯性大小时，物体质量也就与惯性大小无关。两物体惯性大小的比较，要看各用外力的大小：一、加速度一定，质量大的物体运动状态改变需要的力要大，质量小的物体运动状态改变需要的力要小；二、质量一定，加速度大的物体需要的力大，加速度小的物体需要的力小。第一论断是质量决定惯性的大小，第二论断是加速度决定惯性的大小。这两种决定均需要共同因素“一定”的条件，无一定条件的惯性大小由质量与加速度共同决定。

惯性大小是改良主义的说法，人们受非牛顿思想的惯性理论所影响，觉得惯性有作用但还是小心翼翼地避开力概念推出一个惯性大小概念。尽管惯性大小也有合理的解释，“惯性的大小表示物体运动状态改变的难易程度”，但有些人还是不理解惯性大小蕴含的意义。改变物体运动状态的难易程度，一方面说明这种改变要用力的，只有付出力的代价才能感受改变的难易程度；另一方面也说明改变物体运动状态时受到了阻力，难易程度就表示受到阻力的大小。这种阻力不是接触面上的摩擦阻力，因为那种阻力包括在合外力中已被部分外力抵消。其实这种找不到另外施力物体的阻力就是惯性的大小，发生于受力后加速运动的物体本身。力作用是相互的，遵循牛顿第三定律，有作用力一定有反作用力。光滑平面施力物体给受力物体力，受力物体便加速运动了，受力物体没有给出静力状态的支持力，但物体间的作用与反作用仍成立，这个反作用就是惯性大小，即受力物体上产生出惯性力。

惯性是如何转化为惯性力的，请看下面例子：许多人都有这样的经验，松动的锤头和锤柄在硬地面上蹾几下，锤头就能套紧在锤柄上。手拿锤柄与套在锤柄上的锤头同时向下运动，锤柄遇阻碍突然停止运动，锤头没锤柄那样的硬性阻碍因惯性还要向下运动；由于锤头从运动到停止受锤柄摩擦力，产生与运动方向相反的加速度，使锤头上产生与加速度方向相反又跟原来运动方向相同的惯性力；这种方向指向地面的惯性力发生并作用在锤头上，相当于别物体敲击在锤头上，从而使柄榫上锤头克服摩擦阻力并套紧在锤柄上。将静止在地面上的物体变为运动，要用外力及产生惯性大小的反抗。将惯性运动的物体变为静止，同样用外力（阻力）及产生惯性大小。两者都是惯性力但性质不同，前者的惯性力只是被动应对，后者的惯性力有主动性质。例子中锤头的惯性力就是有主动作用的。

惯性大小概念出现在力学理论和高中的教辅材料中，而工程机械专业学理论力学直接应用惯性力概念。由于没有惯性力概念的课本只简单浅显地讲述力的知识，使学生只学到点力的毛皮而且是变味的毛皮，也就难怪许多念过大学的人见到惯性力一词便少见多怪甚至视为洪水猛兽。殊不知最早提出惯性力概念的人是牛顿，可能是编教材者不理解牛顿的主张有意对惯性力做了忽略甚至歪曲篡改。惯性大小或许算作一种感性阶段的认识，说惯性大小表现外力作用物体的难易程度已经触及到惯性力了，但把难易程度换位到惯性产生作用时便拘泥成说不敢越雷池半步；乃至感觉到改变物体运动状态受到莫名阻碍，甚至承认有难易程度，也不敢说是受到惯性的反作用：这都是学习缺陷教材又死搬教条造成的可怜结果。

作者：郭连成

2014年7月20日 于吉林松原