什么是慣性

【專家解說】：最初是由慣性原理揭示出物體的慣性。 慣性原理可以表述為:一個(gè)不受任何外力的物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。 慣性原理是伽利略在1632年出版的《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》書中發(fā)表的，它是作為捍衛(wèi)日心說的基本論點(diǎn)而提出來的。 根據(jù)亞里士多德的物理學(xué)，保持物體以均速運(yùn)動(dòng)的是力的持久作用。但是伽利略的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明物體在引力的持久影響下并不以勻速運(yùn)動(dòng)，而是相反地每次經(jīng)過一定時(shí)間之后，在速度上就有所增加。物體在任何一點(diǎn)上都繼續(xù)保有其速度并且被引力加劇。如果引力能夠截?cái)?，物體將仍舊以它在那一點(diǎn)上所獲得的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。伽利略在金屬球在斜面滾動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中觀察到，金屬球以勻速繼續(xù)滾過一片光滑的平桌面。從以上這些觀察結(jié)果就得到了慣性原理。這個(gè)原理闡明物體只要不受到外力的作用，就會(huì)保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。 伽利略的慣性原理是近代科學(xué)的起點(diǎn)，它摧毀了反對(duì)哥白尼的所謂缺乏地球運(yùn)動(dòng)的直接證據(jù)的借口。 而被現(xiàn)代社會(huì)所普遍認(rèn)知的慣性原理，來自于牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Mathmatical Principles of Natural Philosophy, 1687)，定義如下: 所有物體都將一直處于靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到出現(xiàn)施加其上的力改變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。 牛頓的慣性原理是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)之一，并且對(duì)慣性原理的理解也隨著現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展而出現(xiàn)了改變。 對(duì)于慣性認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要進(jìn)展是慣性與能量的關(guān)系。 1905年愛因斯坦發(fā)表狹義相 對(duì)論，這是一個(gè)嶄新的物理理論，它統(tǒng)一了力學(xué)理論和電磁學(xué)理論，帶來了時(shí)空觀的根本變革。愛因斯坦隨后證明質(zhì)能關(guān)系，E=mc2，一定的質(zhì)量對(duì)應(yīng)于一定的能量，反之一定的能量對(duì)應(yīng)一定的質(zhì)量。在這里，能量包括了能量的各種形式，突破了上面把某一種形式的能量與慣性聯(lián)系起來的認(rèn)識(shí)。這樣，慣性是能量的屬性，能量具有慣性(質(zhì)量)，任何慣性質(zhì)量都應(yīng)歸因于能量。作為物理學(xué)基本概念和物質(zhì)的量的質(zhì)量概念退居次要的地位，如今在近代物理中能量、動(dòng)量等概念要比質(zhì)量、力等概念要重要得多。 能量具有慣性拓寬了對(duì)于慣性的認(rèn)識(shí)，也拓寬了對(duì)于能量的認(rèn)識(shí)。它帶來的重大實(shí)用價(jià)值就是核能的釋放。在裂變反應(yīng)中，裂變產(chǎn)物的靜質(zhì)量小于裂變前物質(zhì)的靜質(zhì)量，質(zhì)量虧損釋放出大量裂變能;在聚變反應(yīng)中，聚變產(chǎn)物的靜質(zhì)量小于聚變前物質(zhì)的靜質(zhì)量，質(zhì)量虧損釋放出大量的聚變能。它也使得人們很好地認(rèn)識(shí)許多物理現(xiàn)象，包括涉及物質(zhì)的全部質(zhì)量與能量轉(zhuǎn)化的正反粒子對(duì)的產(chǎn)生和湮沒過程。 我們知道，慣性質(zhì)量是物體慣性的量度，反映物體對(duì)加速度的阻抗，而引力質(zhì)量是物體引力屬性的量度，反映物體產(chǎn)生和承受引力的能力。它們顯然是物質(zhì)的兩種完全不同的屬性，描述物質(zhì)兩種不同性質(zhì)的量是否嚴(yán)格相等是一個(gè)問題，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等是一條嚴(yán)格的定律。原來牛頓力學(xué)中無法加說明的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等不再是游離于物理學(xué)之外的一個(gè)普遍事實(shí)，而是成為意義得大的廣義相對(duì)論的基石。愛因斯坦找到了這塊基石，并由此發(fā)展了廣義相對(duì)，這實(shí)在是愛因斯坦獨(dú)具慧眼、超群絕倫的偉大貢獻(xiàn)。 對(duì)于慣性的理解要注意以下三點(diǎn): 1.一切物體具有慣性。 2.慣性是物體的固有屬性。 3.質(zhì)量是慣性大小唯一的量度。 4 慣性是物體的一種屬性，而不是一種力 慣性質(zhì)量m與力F和加速度a的基本關(guān)系遵從牛頓定律F=ma，從式子可以清楚看出: 當(dāng)物體受外力的分量F方向與物體運(yùn)動(dòng)速度v方向在一條直線上的時(shí)候，物體質(zhì)量越大越難被加速 當(dāng)物體受外力的分量F方向與物體運(yùn)動(dòng)速度v方向互相垂直的時(shí)候，物體質(zhì)量越大，其運(yùn)動(dòng)方向越難被外力改變