题目

如何测量惯性的大小

提问时间：2021-12-23

答案

【牛顿第一定律】任何物体,在不受外力作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,直到其他物体对它施加作用力迫使它改变这种状态为止,这就是“牛顿第一定律”.该定律说明力并不是维持物体运动的条件,而是改变物体运动状态的原因.牛顿第一定律亦称“惯性定律”.它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念,正确地解释了力和运动状态的关系,并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的性质——惯性,它是物理学中一条基本定律.上述定律主要是从天文观察中,间接推导而来,是抽象概括的结论,不能单纯按字面定义而用实验直接验证.和实际情况较接近的说法是：任何物体在所受外力的合力为零时,都保持原有的运动状态不变.即原来静止的继续静止,原来运动的继续作匀速直线运动.物体的惯性实质是物体相对于平动运动的惯性,其大小即为惯性质量.物体相对于转动也有惯性,但它跟第一定律所说的惯性不是一回事,它的大小为转动惯量.惯性质量和转动惯量都用来表示惯性,但它们是不同的物理量,中学物理不出现转动惯量的名词,可不必提两者的区别.物体在没有受到外力作用或所受合外力为零的情况下,究竟是静止还是作匀速直线运动,这除了和参考系有关外,还要看初始时的运动状态.
【牛顿第二定律】牛顿第二定律的一般表述为：物体运动的加速度a的大小与其所受合力的大小成正比,与其质量m成反比,加速度a的方向与所受合力F的方向相同.其表示式为
F＝kma
式中k是比例系数,其数值决定于力、质量和加速度的单位.在国际单位制中即米·千克·秒制中的k为1.上式成为
F＝ma
即作用于该物体上各力的合力F等于物体的质量m与在该力作用下所产生的加速度a的乘积.这里所指的物体是质点.
合外力的方向决定了物体加速度的方向,加速度的方向反映了物体所受的合外力的方向.加速度和合外力是即时相对应的.物体在每一时刻的即时加速度,是跟那一时刻所受的合外力成正比的.恒力产生恒定的加速度,变力产生变加速度,当力的作用消失,则加速度也即消失.物体在合外力作用下如何运动,则视合外力是恒力还是变力,以及初始运动状态而定.
牛顿第二定律只适用于解决物体的低速运动问题,不能用以处理高速运动问题；只适用于宏观物体,一般不适用于微观粒子.应用牛顿第二定律时,一般选用地球或太阳作参照系,且认为地球或太阳本身在作匀速直线运动.
【牛顿第三定律】它是力学中重要的基本定律之一,亦称“作用与反作用定律”.任何物体间的作用力和反作用力同时存在,同时消失,它们的大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,但分别作用在两个不同物体上.
作用力与反作用力没有本质的区别,不能认为一个力是起因,而另一个力是结果.两个力中的任何一个力都可以被认为是作用力,而另一个力相对于它就成为反作用力.正确理解作用力和反作用力跟平衡力是有区别的.在低速运动范围,不论是运动物体间还是静止物体间的相互作用；不论是加速运动物体间还是匀速运动物体间的相互作用；不论是短暂的还是持续的相互作用,都遵循牛顿第三定律.
【惯性】物体保持静止或匀速直线运动状态的性质,称为惯性.惯性是物体的一种固有属性,表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度,质量是对物体惯性大小的量度.当作用在物体上的外力为零时,惯性表现为物体保持其运动状态不变,即保持静止或匀速直线运动；当作用在物体上的外力不为零时,惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度.在同样的外力作用下,加速度较小的物体惯性较大,加速度较大的物体惯性较小.所以物体的惯性,在任何时候（受外力作用或不受外力作用）,任何情况下（静止或运动）,都不会改变,更不会消失.
【惯性定律】即“牛顿第一运动定律”.
【惯性力】牛顿运动定律只适用于惯性系.在非惯性系中,为使牛顿运动定律仍然有效,常引入一个假想的力,用以解释物体在非惯性系中的运动.这个由于物体的惯性而引入的假想力称为“惯性力”.它是物体的惯性在非惯性系中的一种表现,并不反映物体间的相互作用.它也不服从牛顿第三定律,于是惯性力没有施力物,也没有反作用力.例如,前进的汽车突然刹车时,车内乘客就感觉到自己受到一个向前的力,使自己向前倾倒,这个力就是惯性力.又如,汽车在转弯时,乘客也会感到有一个使他离开弯道中心的力,这个力即称“惯性离心力”.
【惯性系】即惯性参照系的简称.凡牛顿惯性定律能成立的参照系,称“惯性参照系”.对惯性系相对静止或作匀速直线运动的一切参照系都是惯性系.太阳是一个惯性系,若以太阳作参照系时牛顿运动定律总是精确成立的.但太阳系里的所有行星,由于它们的自转与公转,都在作变速运动,所以都不是惯性系.地球是行星之一,当然也不例外,若以地球为参照系,将与牛顿定律不符.由于地球相对太阳运动的加速度很小,故在一些物理问题的讨论中,可近似地把地球看作是一个相当好的惯性系.