我們知道,牛頓在物理學中有着重大的突出貢獻,他也是人們公認的三大物理學家之一。他的理論,揭示了宏觀世界中物體的運動本質,他發現的萬有引力,為人類研究天體的運動規律提供了理論基礎,進而使人們向太空闊步向前。
在了解牛頓之前,我們還得從他的三大規律說起,在本文中,本人隻講述牛頓第一定律。在中學物理教科書中,牛頓第一定律又稱為慣性定律,牛頓第一定律的概述為:一切物體總保持着勻速直線運動狀态或靜止狀态,直到有外力迫使它改變這種狀态為止。
對牛頓第一定律的解釋如下:
第一:在宏觀的物質世界裡,物體的最初狀态都處于平衡狀态,即勻速直線運動或靜止狀态。換句話說,物體所受到的各個分力的合力大小為零。
第二:物體的運動不需要力來維持,這句話的理論基礎就來自于伽利略的一個理想化的運動模型。即物體在沒有動摩擦因素μ的存在下,物體将會以原來在不需要力的作用下,一直運動下去。伽利略的這套理想化的模型,打破了亞裡士多德2000多年的定式,即物體的運動都需要力來維持。
第三:揭示了力的本質,即力是改變物體運動狀态的原因。
關于牛頓第一定律進一步的解釋為,力是改變物體速度的标度,即物體的速度大小變,物體的運動狀态也随之改變,物體速度的方向改變,則物體的運動狀态也随之改變,物體的速度大小和方向同時改變時,物體的運動狀态也發生了改變。也就是說,速度的大小與方向任一個量發生變化,則物體的狀态就會改變。
咱們再回過頭來看,隻看牛頓第一定律的前半句話,即物體保持原來勻速直線運動或靜止的狀态,就叫做慣性。
慣性是物體的固有屬性,在生活中處處可以體現。例如:人們在坐公交車時,當公交車剛停止時,站在公交車上的人的上半身會不自覺的往前傾斜,公交車裡的物品也會随之向前移動。不管是人或是物體,他們都具有慣性。因此,隻要有質量的物體就有慣性。
在生活中,我們發現,一個小孩拿起一瓶牛奶就顯得很容易,而提起一箱牛奶就顯得異常艱難。在這一過程中,小孩都想把處于靜止狀态的一瓶牛奶或一箱牛奶提起,而一瓶牛奶的靜止狀态易于改變為運動狀态,而一箱牛奶的靜止狀态難于改變成運動狀态。
也就是說,一箱牛奶的慣性要比一瓶牛奶的慣性大得多,根據物理學家的總結,物體的慣性跟物體的質量有很大的關系,物體的質量越大,其平衡越難打破,物體的慣性就越大,反之,物體的質量越小,其平衡狀态越好打破,物體的慣性也就越小。因此,質量是物體慣性的量度。
在生活中,物體的慣性就像一把雙刃劍,既有好處也有壞處。例如,當一個運載電線杆石柱的大貨車在突然刹車時,由于電線杆最初的速度與大貨車基本保持一緻,當大貨車停止時,由于電線杆的質量較大,它的慣性較大,故而,即使車輛停止時,車上的電線杆在慣性的作用下會繼續向前移動,從而将大貨車的車頭頂翻,進而給司機造成不可避免的損失。
還有,利用物體慣性的例子還真不少,例如:在運動員跳遠的過程中,運動員要想跳得更遠,就必需在起跳之前活得更大的速度,利用自身的慣性在空中進行滑動,從而獲得更高的成績。
說一千道一萬,牛頓第一定律隻是揭示了宏觀物體的運動規律,對于中學生而言隻需明白,牛頓的第一定律隻是為運動物體的加速度提供了理論基礎,跟我們前面所說的加速度與時間變化量與速度變化量是有本質上區别的。
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