惯性新说（修）

所谓惯性新说，不是否定和扬弃传统的惯性理论，再炮制一套新的东西，而是在原有惯性理论的基础上，对物理力学教材上解释惯性的不正确论断作出修正和解释，从而完善惯性理论。本文的惯性推论有三点：一、物体运动状态不变和变化的两种状态中，有惯性保持和惯性反抗两种不同形式的表现；二、惯性的大小是惯性反抗，由质量与加速度共同决定；三、惯性的特定含义是性质不是力，但惯性能够转化为力。

一、惯性理论解释中的问题

在各种中学大学教学辅导书及惯性理论的论文中，惯性的定义和解释基本相同，表达如下：

惯性的定义：一切物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态，这种性质叫做惯性。

惯性解释的推论：1、惯性是物体的固有属性，它与物体的运动状态、受力情况无关。2、惯性不是力，不存在所谓的惯性力。3、惯性在物体运动状态不变和变化的过程中始终相同。4、当物体所受的外力为零时，惯性表现为保持物体的运动状态不变；当物体所受的外力不为零时，惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。5、物体的惯性大小是由质量惟一决定的，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

本文认为：惯性的定义是正确的。惯性的推论中，推论1从惯性的存在性意义上说是可以的，物体运动状态改变和有受力情况惯性仍存在，但已经没有原来的惯性表现了。这就是说，惯性不限于静止或匀速直线运动状态的表现，物体有加速度的运动没有原来的惯性表现时，惯性没有消失在做内在的抵抗。推论4说法正确，但人们的认识和理解大都不正确。推论2、3、5有严重问题。

惯性有严重问题的三个推论，可表示为下列疑问：

（一）惯性不是力的疑问：惯性若不表现为力，它又怎么使外力改变物体的运动状态时有难易程度？难易程度不是力是什么？这两个问题总要有合理的解释吧。

（二）惯性在物体运动状态不变和变化的过程中始终相同的疑问：物体的运动状态从不变到变的某一连续过程中，物体的运动状态不变时，物体上保持着惯性；物体的运动状态变化时，物体上的惯性还是原先的惯性吗？若还是原先的惯性，但物体已经不是原先的运动状态，惯性保持物体原先的运动状态的性质如何体现？

（三）惯性大小是由物体质量惟一决定的疑问：设甲乙两物体的质量比为1比10，加速度比为10比1，显而易见，两物体上的外力相等，也就是外力改变两物体的运动状态难易程度相同，如何解释这两个物体的质量不同却有相等的惯性大小？

二、惯性在两种情况下的表现

“当物体不受外力作用时，惯性表现为物体保持运动状态不变；当物体受外力作用时，惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。”这个教辅上和理论上常用的论断是可取的但进一步解释就出问题了，持这种解释者说的明白但用到“难易程度”时总是小心翼翼地避开其实质。其实，物体运动状态不变和变化两种情况，要有两个惯性表现。

第一种情况的惯性表现。物体在静止或匀速直线运动状态时，惯性的表现是保持这种状态不变，这是一种自然的本能的性质，不需要力或别的什么参与。也正是没有力或合力为零的前提下才有惯性的保持，此时既谈不到惯性的大小，也说不出它是用什么方法和手段来保持运动状态不变的。

第二种情况的惯性表现。这时的惯性没有明显的表现，属于内在表现。物体在运动状态改变时，物体上没有了原先的惯性表现，但惯性仍存在，此时由惯性保持转化为惯性反抗。正是有反抗，才使外力物体感到有难易程度。物体受力运动后，物体要反抗外力对运动状态的改变，并不能使物体恢复到原来的运动状态，只能使外力受到反作用。

由于惯性定义的缘故，所以说惯性总是指物体的静止或匀速直线运动状态。以此现象为惯性表现，物体在受力后的加速运动便没有惯性表现或表现联系不上惯性。这是因为此时的惯性保持已发生了变化，转变为惯性作用了，不再表现原先的运动状态不变，而是表现运动状态正在发生变化。因此，当“惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度”时，在现象上见不到惯性的表现。

关于惯性的认识和理解存在着模糊和偏颇，症结在这里：将物体的惯性限制在保持静止或匀速直线运动状态，物体受力后加速运动时惯性在哪里如何表现无可奉告。物体在不同情况下都有惯性，但运动状态变化了就没有静止或匀速直线运动状态的惯性表现，认识这时的物体惯性，只有理解物体的惯性转化为惯性力才行。

物体在运动状态不变和改变两种情况下，只有运动状态不变时才有通常说的惯性，因此就不能笼统地用惯性一词来表述。为了准确表述物体在不同情况下的惯性表现，宜将保持运动状态不变的表现叫做惯性保持或简称为惯性，将受力后运动状态改变时的表现叫做惯性反抗或惯性作用。

三、惯性的大小实质是力

人们认为惯性是物体的固有属性而不是力，但又认为惯性有大小，并断言：物体的惯性大小是由质量决定的，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。这个断言是片面的，经不住归谬推论：若惯性大小只与质量大小有关，则要有质量大者惯性大质量小者惯性小，不计加速度就会得出抛一块比子弹质量大石头的力，一定比发射子弹的力大的错误结论。

惯性是物体的一种性质，性质是说不上有大小的。其实，说惯性有大小，并不是严格的表述，算是一种俗称。沿用这个俗称也说惯性大小，我们理解为惯性大小是物体改变运动状态的难易程度，这个难易程度体现为使用外力的大小，而使用外力的大小对应着受到阻力的大小，阻力的大小必然由物体的质量和加速度共同促成。质量大者惯性大质量小者惯性小，只能在特殊的条件下成立：两物体的加速度相同。

地面上静止的两个不同质量物体，你用力分别拉它们，使它们有相同的加速度，必然是你拉大的物体感到难而用力大，拉小的物体感到易而用力小；还是这两个物体，你用同样的力拉它们，必然感到难易程度相同即惯性大小相同，表现在物体上是质量大的加速度小，质量小的加速度大；当你用更大的力拉小物体比较用小的力拉大物体时，会感到质量小的惯性大而质量大的惯性小。

相同质量的两辆汽车，以不同的速度行驶。两车同时刹车：若两车用相等的刹车力，则两车的惯性大小相同加速度相等，但快车的刹车距离要大；若两车的刹车距离相等，则快车刹车力要大，因为快车的加速度大，其惯性也大。这个例子证明，当质量相同的两车运动状态变化相同时，两车的惯性大小相同；当这两车的运动状态变化不同时，两车的惯性大小不同，加速度大的惯性大，加速度小的惯性小。

汽车的例子也就是人们常说的速度快的车惯性大。这是一种习惯的省略的说法，人们说汽车的惯性大小本意还是指刹车时的惯性表现，即速度快的车不容易在短距离内刹住，要在短距离内刹住须用更大的刹车力。与阻力抗衡的一定是力，刹车力是一种阻力，它抵抗的惯性大小就是一种力——惯性力。

惯性与惯性的大小是两个不同的概念，惯性的性质不可以量度，惯性的大小可以量度。惯性的大小既然与加速度和质量都有关系，也就是与牛顿第二定律有关系，其实惯性的大小决定于牛顿第二定律，容易作定量测量得到精确的数值。

四、惯性与牛顿三定律

长期以来，人们似乎认为惯性仅与牛顿第一定律有关。实际上，惯性与牛顿的三个定律都有关系。

惯性与牛顿第一定律的表述相似。惯性的定义是：一切物体都有保持静止或匀速直线运动状态的性质，这种性质叫做惯性。牛顿第一定律表述是：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其它物体的作用力迫使它改变这种状态为止。

牛顿第一定律也叫惯性定律，描述的是物体的惯性现象，并把这种惯性现象限定在没有外力作用时；当有外力作用改变物体原来的或静止或匀速直线运动状态时，就不属于第一定律描述的现象。

牛顿第一定律以外情况，是物体受到外力作用后的情况，正是牛顿第二定律描述的情况。

牛顿第二定律表示力与运动的关系，实际上还有另一种关系——外力与惯性力的关系。前面说过，物体受外力时，惯性反抗运动状态的改变转化为惯性力。惯性力始终伴随外力，因外力的作用而形成，因外力的变化而变化。牛顿第二定律的表达式既是外力与运动的表达式，也是外力受惯性力反作用的表达式。从这个意义上说，惯性与第二定律的关系不逊于惯性与第一定律的关系。如果说牛顿第一定律也叫做惯性定律，那么牛顿第二定律除叫做运动定律外，也可以叫做惯性力定律。

惯性与牛顿第三定律的关系也密切，使物体运动状态改变的外力与惯性转化的惯性力之间正是一对作用力与反作用力的关系。人们总说惯性力找不到反作用力（从虚拟力上找当然找不到），却忘记了使物体有加速度的外力需要反作用力。使物体加速运动的施力物体，要受到反作用力，这个反作用力即惯性力，否则施力物体的力不成立，因为不存在单独不配对的力。

总之，惯性与牛顿三个定律都密切相关，它是牛顿三定律的理论基础。

结束语

自从伽利略、笛卡儿、牛顿等科学大家，提出并创立了惯性概念和理论，为牛顿三定律打下了理论基础，最终成就了牛顿力学。然而，我们应用牛顿力学时，总感到有一种说不清、叫不硬、绕不过的东西存在于惯性理论中。这不能不说是惯性理论还不完善，还需要探究和解决的问题。应该指出，现在惯性理论中的问题对牛顿力学的应用影响不大，但有问题不解决总不是科学自身的态度和诉求。再者，学物理就涉及惯性，而惯性知识在力学中是个老大难问题，教师难教，学生难学，教师和学生都存在着难以释怀的疑问和困惑，最后大家被标准答案压制服并不能化解疑问，其结果不能不说僵化教条的教学在磨灭青少年的探索欲望和创新精神。

作者：郭连成

2015年9月7日 于吉林松原