惯性力|惯性不是力,为何还有惯性力?
把石头扔出去 , 石头脱离手后还会继续向前运动 。在亚里士多德那个时代里 , 人们认为石头向前运动是因为受到向前的力的原因 。也就是说必须有力作用在物体上 , 物体才能运动 。尽管那个时候人们对力还没有清晰的概念 。
中世纪末期的意大利科学家伽利略通过分析自己的设计的思想实验 , 认为一个运动的物体如果不受到力的作用将会一直做匀速直线运动 。之后牛顿在伽利略等人成就的基础上总结出牛顿第一定律:一切物体总有保持静止或匀速直线运动状态的性质 , 只有作用在物体上面的力才能改变物体的运动状态 。
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物体保持原来运动状态的性质就是惯性 。抛出去的石头已经脱离了手 , 手不会再给石头施加力 , 石头能够向前运动是因为石头要保持原来的运动状态 。运动的车急刹车时 , 车里的乘客会向前倾也是因为惯性的原因 。从亚里士多德到牛顿 , 经历了将近两千年的时间 , 人类终于能够对这种简单的运动有了深刻的认识 。牛顿建立起完整的力学体系后 , 大到天体的运动 , 小到苹果的落地 , 都要遵从牛顿的指挥 。
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可是牛顿运动定律也有不成立的时候 , 哪怕是在低速宏观世界里 。举一个例子 , 静止的火车里有一张光滑的桌子 , 桌子上静止放置一物体 。此时坐在火车车厢里的人会观察到桌子上的物体处在静止状态 。在这个人看起来桌子上的物体会受到重力和支持力 , 两个力的合力为0 , 物体恰好处在静止状态 。某一时刻火车突然加速 , 车厢里的人就会观察到物体在加速运动 。而这个物体仍然只受到重力和支持力 , 两个力的合力仍然为0 。合力为0的物体却在加速运动 , 这与牛顿运动定律相矛盾 。
物体是静止还是运动与选择的参考系有关 , 在刚才的例子中涉及到两种参考系——惯性系和非惯性系 。车厢静止时 , 合力为0的物体处在静止状态 , 此时符合牛顿运动定律 , 这时车厢就是一个惯性参考系 。车厢加速运动时 , 合力为0的物体在乘客看起来是加速运动的 , 因为这时的车厢已不再是惯性参考系 , 而是非惯性参考系 。牛顿运动定律只在惯性系中成立 , 在非惯性系中不成立 。
【惯性力|惯性不是力,为何还有惯性力?】牛顿建立起来的经典力学体系是非常好用的 , 人们也希望将牛顿运动定律拓展到非惯性系中 , 于是有了惯性力这个概念 。物体在非惯性系中可以假想它受到一个惯性力 , 有了惯性力牛顿运动定律在非惯性系中就可以继续成立了 。在刚才的例子中可以假设桌子上的物体受到一个水平方向的惯性力 , 有了这个惯性力物体受到的合力便不再是0 , 这样非惯性系中的观察者就不会对物体的运动感到困惑了 。
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汽车拐弯速度过大时容易发生侧滑 , 汽车就会从公路上甩出去 。汽车甩出去了 , 有人说这是因为离心力过大 。离心力就是转动参考系中的一种惯性力 , 这种力本身是不存在的 , 也是为了让牛顿运动定律成立假想出来的力 。在转动参考系中运动还会涉及到科里奥利力这种惯性力 。地球是在转动的 , 在地面附近高速或长距离运动时就要考虑科里奥利力的影响了 。北半球右侧的河岸被冲刷得比较严重就是科里奥利力的缘故 。
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