惯性新定义
长期以来,力学理论界在惯性和惯性力概念上是纠结的,问题出在惯性定义上,是惯性定义不完善导致了惯性和惯性力的认识偏颇甚至错误。为此,本文作一新的惯性定义,但还要从问题发端讲起。
本文说惯性定义不完善,是因为人所共知的物体的惯性描述:惯性是物体的固有属性;无论物体运动状态变化与不变化,惯性始终存在。而惯性定义只说惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态这一阶段,物体运动状态变化时期不再提惯性,虽没公开声明但隐藏着这时物体上不存在惯性的意图。
物体的运动状态变化,是物体上有了加速度,这时物体的运动一般指匀加速运动状态,运动可能是直线也可能是曲线。从表面上看,这时物体上的惯性似乎消失了,若如此违背了物体不管作何种运动,惯性始终存在的属性原则。说不完善的惯性定义只对一半,是因为原来的惯性定义局限于物体的匀速直线运动状态,解释物体匀速的圆周运动无能为力要再补充一种说法。
这是惯性的属性不正确还是惯性的定义不完善,显然是后者。因为惯性的属性是人认识的自然规律,理性证明认识正确;而惯性的定义是人对惯性的意义认定的主观描述,不一定就概括全面和揭示本质。实际上,长期以来人们已经发现惯性问题甚至有所诟病,但没人对惯性定义进行改造。惯性定义的惯性是不变的,而实际上惯性是可变化的。“惯性是物体的固有属性”就包括了惯性的不变与变,而且涵盖了不同的运动形式。
物体的不同运动形式,主要是直线运动和曲线运动,曲线运动最常见的是圆周运动。物体不能自由地作圆周运动,要受到某种限制才能成行。为简便起见,这里主要说定轴转动。物体的定轴转动是物体中心有固定轴,物体只能绕固定轴转动,当然大多物体本身是圆轮形状。物体的匀速定轴转动,“匀速”指物体的速度大小不变但速度方向不断变化,速度方向变化也是物体运动状态变化即产生了加速度,也就是向心加速度。
物体的匀速圆周运动也是惯性运动,但实践中没有匀速直线运动容易让人理解,就是转动物体受空气或定轴摩擦阻力使运动时间短暂(圆轮转动时间很长),其实人们也没看到长时间的匀速直线运动。人们认可直线运动是惯性,往往忽略无阻力的转动也是惯性运动。因此,说惯性就不应该局限于直线运动,应该包括圆周运动特别是转动。
当物体受外力作用时,物体的运动状态要发生变化,惯性要反抗这种变化;惯性反抗来自物体本身不能改变物体的运动状态变化,但使外力物体受到反作用力,反作用力大小被人们说是外力使物体运动状态变化的难易程度。这个难易程度又被表述为惯性大小,其实有难易就是受到了阻碍或说受到了作用。
综上所述,本文给出新的惯性定义:“惯性是物体的固有属性,在物体不受外力或合外力为零时,惯性保持物体的静止或匀速直线运动状态;物体发生直线或曲线的运动状态变化时,物体上产生惯性反抗或说惯性作用。”
这样说完善了惯性定义,既保住了惯性在物体上始终存在,又兼顾了物体的不同运动形式和状态。
作者:郭连成 2017年10月17日于吉林扶余 |