1.3 浅析惯性
如果引用教科书上的定义,恐怕不会有人耐心读下去。因为不管是说“静者恒静,动者恒动”也好,还是说“一个不受任何外力的物体将保持静止或匀速直线运动”也好,大家还是不得要领,不知道这种表述要说的到底是什么。虽然我们知道什么是静止,但是在常识中,静止与惯性好像毫无关联。至于“匀速直线运动”,这一经典表述与惯性又有什么关系呢?何为保持匀速还要是直线?书上这么写,实在不好理解。
如果换一种说法,可能就很容易明白了。先不说物体,以人为例,惯性不就是不愿意改变吗?一个睡懒觉的人,你不拖他,不掀开他的被子,他是不会按时起床的。你和同学去打篮球,每场一次只能上三个人,你想让你的同学下场,好让你玩,他却还是不停地在球场上跑来跑去、抢球、运球,你只好上去将他拉下场。
没有人去拖,睡懒觉的人不会按时起床;没有人去拉,那个打球的同学不会及时下场。这就是在没有外力作用时,他们就会保持各自的状态。这就是惯性,也可以用“静者恒静,动者恒动”来表述。
若还是不明白上述意思,那就请大家接着往下看。
惯性有一个重要特征,那就是惯性的大小与物体的质量有很大关系。一个物体的质量越大,惯性就越大。质量可以说是衡量惯性大小的一个量度。
知识加油站:质量与重量的区别
物体含有物质的多少叫质量。质量不随物体形状、状态、空间位置的改变而改变,是物质的基本属性,通常用m表示。在国际单位制中质量的单位是千克(kg)。在中国旧时用斤、两作为质量单位,西方则用磅、盎司、克拉等作为质量单位。在物理学中质量分为惯性质量和引力质量。惯性质量表示的是物体惯性的大小,而引力质量表示引力的大小。事实上,通过无数精确的实验表明,这两个量是等效的,也就是说,它们只是同一个物理量的不同方面。
千克是质量单位,不是重量单位,我们日常所说的重量也就是质量。重量是物体受重力的大小的度量,单位是牛顿(N)。
要理解质量与惯性的关系,我们再来看前面的例子。如果睡懒觉的人质量大,你要拖他起床需要使出全身力气。同样的,那位打篮球的同学如果身材魁梧,你也要用更大的力气才能将他拉出球场。说到这里,你一定认为惯性确实是很重要的力。但是惯性却并不是自然界存在的一种力,而是物体的一种性质。物体有保持自身运动状态的特性,静止也是一种运动状态,所以说“静者恒静,动者恒动”。这就是所谓的惯性定律。
惯性定律是人发现的,首先是人在生活中感觉到了惯性,才开始研究惯性。人类在生活实践中体会到各种运动状态下人的感受,从亲身的经历中,思考人与物体运动的关系。
跑动的人,脚被绊一下会摔倒,为什么?因为惯性。脚被强行停下,上身还在向前,失去了平衡,就摔倒了。紧急刹车时人会向前方扑倒,也是因为惯性。因此,你现在可以想象,如果地球突然停止转动,会是什么后果。地球停止转动了,但地球表面一切运动的事物(包括大气层、建筑物、生物等),都会因为惯性而以地球转动的速度继续运动,结果当然是如飓风横扫全球。
所有自然现象在人的感受中被重复,就会引起人们的思考、探究,从而发现其中的道理,惯性也就这样被认识了。物理学及其他学科中的许多定律,都是人类感知的结果,是人对自然的认识。当然,其中也蕴藏着探究的极大乐趣,以及追求真理和真相的乐趣。虽然说是一种乐趣,却也充满着艰辛。在历史上,为了宣传和捍卫自然科学的真理,有人甚至为此付出了生命的代价。
惯性是伽利略在1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书中提出的,它是作为捍卫日心说的基本论点而提出来的。此后由牛顿归纳为惯性定律,该定律成为著名的牛顿第一定律。而当时为了宣传日心说,有人付出了生命的代价。
这个人就是布鲁诺。