慣性

慣性

慣性(慣性)

慣性，或物質(zhì)固有的性質(zhì)，是一種抵抗的現(xiàn)象，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體相當(dāng)，并盡量使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，不論是靜止?fàn)顟B(tài)，或是勻速直線運動狀態(tài)。一個不受任何外力(或者合外力為0)的物體將保持靜止或勻速直線運動。一般是指物體不受外力作用時，保持其原有運動狀態(tài)的屬性。慣性現(xiàn)象就是物體保持原來運動狀態(tài)的一種現(xiàn)象。

目錄 簡介 認識歷史 辨析與區(qū)別 詮釋 收縮展開 簡介

在物理學(xué)里，慣性（inertia）是物體抵抗其運動狀態(tài)被改變的性質(zhì)。物體的慣性可以用其質(zhì)量來衡量，質(zhì)量越大，慣性也越大。艾薩克·牛頓在巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》里定義慣性為： 慣性，或物質(zhì)固有的力，是一種抵抗的現(xiàn)象，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體相當(dāng)，并盡量使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，不論是靜止?fàn)顟B(tài)，或是勻速直線運動狀態(tài)。 更具體而言，牛頓第一定律表明，存在某些參考系，在其中，不受外力的物體都保持靜止或勻速直線運動。也就是說，從某些參考系觀察，假若施加于物體的合外力為零，則物體運動速度的大小與方向恒定。慣性定義為，牛頓第一定律中的物體具有保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)。滿足牛頓第一定律的參考系，稱為慣性參考系。稍后會有關(guān)于慣性參考系的更詳細論述。 慣性原理是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)原理。很多學(xué)者認為慣性原理就是牛頓第一定律。遵守這原理，物體會持續(xù)地以現(xiàn)有速度移動，除非有外力迫使改變其速度。 在地球表面，慣性時常會被摩擦力、空氣阻力等等效應(yīng)掩蔽，從而促使物體的移動速度變得越來越慢（通常最后會變成靜止?fàn)顟B(tài)）。這現(xiàn)象誤導(dǎo)了許多古代學(xué)者，例如，亞里斯多德認為，在宇宙里，所有物體都有其“自然位置”──處于完美狀態(tài)的位置，物體會固定不動于其自然位置，只有當(dāng)外力施加時，物體才會移動。

定義

慣性是一切物體的固有屬性，無論是固體、液體或氣體，無論物體是運動還是靜止，都具有慣性。一切物體都具有慣性。 慣性定義：我們把物體保持運動狀態(tài)不變的屬性叫做慣性。慣性代表了物體運動狀態(tài)改變的難易程度。慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量大的物體運動狀態(tài)相對難于改變，也就是慣性大；質(zhì)量小的物體運動狀態(tài)相對容易改變，也就是慣性小。 當(dāng)你踢到球時，球就開始運動，這時，因為這個球自身具有慣性，它將不停的滾動，直到被外力所制止。 任何物體在任何時候都是有慣性的，它要保持原有的運動狀態(tài)。

幻想

北京有個人，曾提出選一個無風(fēng)的日子，乘坐氣球在高空觀看大地向東移動，以此來環(huán)游世界，這是否可行呢？顯然不能，但這又是為什么呢？這就是慣性。當(dāng)有人乘坐氣球離開地球表面時，由于慣性，人和氣球仍以地球自轉(zhuǎn)的速度運動著。

注意

1、慣性不等同于慣性定律。慣性是物體本身的性質(zhì)，而慣性定律講的是運動和力的關(guān)系（力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運動的原因）。 2、慣性是物體固有的一種屬性，不能說“由于慣性的作用”。 3、慣性是物體固有的一種屬性，不能說“獲得慣性”。

認識歷史

早期認知

文藝復(fù)興之前，在西方哲學(xué)里最被廣泛接受的運動理論是建立于大約 335 BC至322 BC的亞里斯多德的學(xué)說。亞里斯多德表明，假設(shè)沒有“暴力”（violent force）施加，所有（在地球上的）物體最終都會停止運動，靜止于其自然位置，但只要有暴力促使物體運動，物體會持續(xù)其運動狀態(tài)。當(dāng)拋物體被拋擲出去時，拋擲者的暴力轉(zhuǎn)移到拋物體周圍的空氣，使這些空氣流動，成為新的推動者，繼續(xù)不停地促使拋物體移動。 在之后大約兩千年內(nèi)，亞里斯多德的運動概念廣泛地被接受，只有幾位著名哲學(xué)家對這概念提出質(zhì)疑。例如，在第6世紀，約翰·斐勞波諾斯嚴厲批評亞里斯多德關(guān)于物體運動的不一致理論：亞里斯多德認為真空不可能存在，因為，在真空里，沒有任何介質(zhì)促使物體移動，但是，他又表示，介質(zhì)的阻力與其密度成正比：假設(shè)空氣的密度是水的一半，則物體通過同樣路徑所用掉的時間，在空氣中是在水中的一半，那么，物體通過真空所用掉得時間應(yīng)該更少。 斐勞波諾斯主張，介質(zhì)只能阻礙拋物體的運動，不能促使拋物體移動；在真空里，沒有任何介質(zhì)，拋物體反而比較容易移動。斐勞波諾斯建議，促成拋物體持續(xù)運動的因素與周圍介質(zhì)無關(guān)，而是在運動剛開始時，加諸于拋物體的某種性質(zhì)，這性質(zhì)逐漸在運動時消耗殆盡。雖然這建議與當(dāng)今慣性概念仍有所差異，至少它已朝著正確方向跨出基要的腳步。 但是，在那時期與之后很多年，他的想法沒有得到重視，很多亞里斯多德派學(xué)者都給予強烈反對，包括湯瑪斯·阿奎那（約1225年－1274年）和艾爾伯圖斯·麥格努斯（約1200年－1280年）在內(nèi)。只有奧卡姆的威廉（約1288年－1348年）反對亞里斯多德物理學(xué)。他質(zhì)疑亞里斯多德所提到的運動的“推動者”到底在哪里？雖然他否定亞里斯多德公理的正確性，認為拋物體的運動不需要隨時隨地都有推動者伴隨。但是，他也沒能給出任何替代答案。

讓·布里丹

在第14世紀，法國哲學(xué)家讓·布里丹提出沖力說。他稱呼促使物體運動的性質(zhì)為沖力，這沖力是由推動者傳送給物體，促使物體運動。他否定了沖力會自己消耗殆盡的想法。布里丹認為永存不朽的沖力是被空氣阻力或磨擦力等等逐漸抵銷，只要沖力大于阻力或磨擦力等等，物體就會繼續(xù)移動。布里丹的沖力與物體密度和體積成正比；速度越大，沖力也越大；物體內(nèi)部的物質(zhì)越多，就能夠接受越多的沖力。 從日常觀察中，布里丹想出許多反例來反駁亞里斯多德的理論： 假設(shè)一個陀螺或磨石繞著固定軸旋轉(zhuǎn)，請問空氣怎樣在這些物體的后面推動旋轉(zhuǎn)？ 鑄模，將這鑄模包在旋轉(zhuǎn)物外面，不讓在旋轉(zhuǎn)物與鑄模之間有任何空隙。這樣，在旋轉(zhuǎn)物與鑄模之間，不會存在任何空氣，請問空氣怎樣推動旋轉(zhuǎn)？ 設(shè)想一艘拖船拖曳著另一艘船，航行于風(fēng)平浪靜的靜止大海。然后，將拖繩切斷，則因為海水阻力與空氣阻力，被拖的船會慢慢的停止航行。在這時候，站在甲板上、面向船前方的海員會感覺到空氣對著臉面吹拂，從船前方吹向船后方，試圖減慢船的航行；他不會感覺到空氣對著后背吹拂，從船后方吹向船前方，試圖推動船的航行。 思考石頭與羽毛這兩種物質(zhì)，空氣應(yīng)該比較容易推動羽毛。但是，為什么用同樣的力分別將石頭與羽毛拋射出去，石頭移動的距離比羽毛遠了很多？ 盡管與慣性的現(xiàn)代概念很相似，布里丹只把自己的理論視為亞里斯多德基本哲學(xué)的微小修正，堅持許多其他亞里斯多德派的觀念，例如，他認為運動狀態(tài)與靜止?fàn)顟B(tài)是兩種不同的狀態(tài)。布里丹又主張，沖力不但適用于直線運動，也適用于圓周運動，促使物體（例如，星體）呈圓周運動。 薩克森得阿爾伯特是布里丹的學(xué)生。他將布里丹的學(xué)說廣傳至意大利與中歐。在牛津大學(xué)墨頓學(xué)院的思想家赫特斯柏立得威廉最先表述出平均速率定理：在同樣時間間隔內(nèi)，假若等速度物體的速度是等加速度物體的最初速度和最終速度的總和的一半，則此二物體移動的距離相等。這定理是自由落體定律的基礎(chǔ)。早在伽利略·伽利萊之前，他們就已做實驗證實了這定理。

尼克爾·奧里斯姆

尼克爾·奧里斯姆又將他們的研究結(jié)果加以發(fā)揮，他創(chuàng)立了用曲線圖來解釋運動定律的方法，并且用幾何方法證明平均速度定理。奧里斯姆于1377年發(fā)表的著作《天地通論》提出，當(dāng)自由落體在加速時，其重量并沒有增加，而是沖力增加。假設(shè)，挖掘一條直線隧道，從地球表面的A點，穿過地心，挖掘到地球表面的B點，然后將一個重物落入這隧道，則它會從A點，經(jīng)過地心，移動到B點，就好像單擺從一邊搖擺到另外一邊。但是，從地心到B點的路途中，它是呈升起狀態(tài)，而重量只能造成物體掉落，因此沖力與重量不同。 這些研究發(fā)展逐漸地侵蝕了學(xué)者們對于亞里斯多德物理學(xué)的信心。在伽利略發(fā)表慣性原理之前不久，于1585年，意大利物理學(xué)者喬望尼·本尼得棣將越加成熟的沖力說限制為只能適用于直線運動： 本尼得棣特別舉出甩石機弦的'例子，當(dāng)旋轉(zhuǎn)甩石機弦時，其皮袋內(nèi)的石頭，由于被其皮繩約束，原本的直線運動被迫變?yōu)閳A周運動；但若將石頭扔出，脫離皮繩的約束，則石頭會呈直線運動，而其直線軌跡會正切圓周于扔出點。

尼古拉·哥白尼

尼古拉·哥白尼于1543年發(fā)表著作《天體運行論》，主張地球（與處于其表面的所有物體）從未停止不動，而是持續(xù)地繞著太陽做公轉(zhuǎn)。面對這嶄新的理論，亞里斯多德式的地心說──地球是宇宙的中心，因此絕對地固定不動──顯得漏洞百出、難以招架。在發(fā)表著作之前，哥白尼為了證實自己的理論，早已于1530年就完成了觀測行星軌道運動的實驗。

開普勒

德國天文學(xué)者開普勒，在從1618年至1621年分三階段發(fā)表的著作《哥白尼天文學(xué)概要》里，最先提出術(shù)語“慣性”，拉丁語為“懶惰”的意思，與當(dāng)今的詮釋不太一樣。開普勒以對于運動變化的抗拒來定義慣性，這仍舊是根據(jù)亞里斯多德的靜止?fàn)顟B(tài)為自然狀態(tài)的前提。一直要等到后來伽利略的研究與牛頓將靜止與運動統(tǒng)一于同一原理，術(shù)語慣性才能應(yīng)用于當(dāng)今其所賦有的概念。

伽利略

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話》書中發(fā)表的，它是作為捍衛(wèi)日心說的基本論點而提出來的。 根據(jù)亞里士多德的物理學(xué)，保持物體以勻速運動的是力的持久作用。但是伽利略的實驗結(jié)果證明物體在引力的持久影響下并不以勻速運動，而是相反地每次經(jīng)過一定時間之后，在速度上就有所增加。物體在任何一點上都繼續(xù)保有其速度并且被引力加劇。如果引力能夠截斷，物體將仍舊以它在那一點上所獲得的速度繼續(xù)運動下去。伽利略在金屬球在斜面滾動的實驗中觀察到，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。這個原理闡明物體只要不受到外力的作用，就會保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動狀態(tài)不變。 他主張，施加外力改變的是物體的速度而不是位置；維持物體速度不變，不需要任何外力。為了證實他的主張，伽利略做了一個思想實驗。如右圖所示，讓靜止的小球從點A滾下斜面AB，滾到最底端后，小球又會滾上斜面BC，假設(shè)兩塊斜面都非常的平滑、摩擦系數(shù)極小，而且空氣阻力微弱，以至于可以忽略不計，則小球會滾到與點A同高度的點C；假設(shè)斜面是BD、BE或BF，小球也同樣地會滾到與點A同高度的位置。只不過斜面越長，往上滾的時候，單位時間內(nèi)速度的減少量會變得越小。假設(shè)斜面逐漸延長，最后變成水平面BH，則基于“連續(xù)性原則”該小球“本應(yīng)當(dāng)”回到與點A同高度的位置，然而由于事實上BH是水平的，小球永遠不可能滾到先前的高度，而速度的減少量將變成0，因此小球會不停地呈勻速直線運動。伽利略總結(jié)，假若不碰到任何阻礙，那么運動中的物體會持續(xù)地做勻速直線運動。他將此稱為慣性定律。 這理論剛被提出時并不被其他學(xué)者接受，因為當(dāng)時大多數(shù)學(xué)者不了解摩擦力與空氣阻力的本質(zhì)，不過伽利略的實驗以可靠的事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，更深刻地反應(yīng)了自然規(guī)律。 值得注意的是，后來，伽利略從慣性定律推論，假若沒有任何外在參考比較，則絕對無法分辨物體是靜止不動還是移動。這觀察后來成為愛因斯坦發(fā)展狹義相對論的基礎(chǔ)。 伽利略的慣性原理是近代科學(xué)的起點，它摧毀了反對哥白尼的所謂缺乏地球運動的直接證據(jù)的借口。

笛卡爾

笛卡爾等人又在伽利略研究的基礎(chǔ)上進行了更深入的研究，他認為：如果運動物體，不受任何力的作用，不僅速度大小不變，而且運動方向也不會變，將沿原來的方向勻速運動下去．

牛頓

而被現(xiàn)代社會所普遍認知的慣性原理，來自于牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(Mathematical Principles of Natural Philosophy, 1687)，定義如下： 慣性定律就是牛頓第一定律。 一切物體都將一直處于靜止或者勻速直線運動狀態(tài)，直到出現(xiàn)施加其上的力改變它的運動狀態(tài)為止。 寫出牛頓第一定律后，牛頓開始描述他所觀察到的各種物體的自然運動。像飛箭、飛石一類的拋體，假若不被空氣的阻力抗拒，不被引力吸引墜落，它們會速度不變地持續(xù)運動。像陀螺一類的旋轉(zhuǎn)體，假若不受到地面的摩擦力損耗，它們會永久不息地旋轉(zhuǎn)。像行星、彗星一類的星體，在阻力較小的太空中移動，會更長久地維持它們的運動軌道。在這里，牛頓并沒有提到牛頓第一定律與慣性參考系之間的關(guān)系，他所專注的問題是，為什么在一般觀察中，運動中的物體最終會停止運動？ 他認為原因是有空氣阻力、地面摩擦力等等作用于物體。假若這些力不存在，則運動中的物體會永遠不停的做勻速運動。這想法是很重要的突破，需要極為仔細的洞察力與豐富的想像力才能達成。 牛頓的慣性原理是經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)之一，并且對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。牛頓說：“我只是站在巨人的肩膀上！”

馬赫

馬赫對牛頓的慣性概念做了重要的補充，認為慣性來源于物體與宇宙其余部分的相互作用。（不僅僅是物體本身的質(zhì)量決定的）。

愛因斯坦及相對論

對于慣性認識的一個重要進展是慣性與能量的關(guān)系。 阿爾伯特·愛因斯坦于1905年在論文《論動體的電動力學(xué)》里提出的狹義相對論，這是一個嶄新的物理理論，是建立于伽利略與牛頓研究出來的慣性與慣性參考系。它統(tǒng)一了力學(xué)理論和電磁學(xué)理論，帶來了時空觀的根本變革。愛因斯坦隨后證明質(zhì)能關(guān)系，E=mc?，一定的質(zhì)量對應(yīng)于一定的能量，反之一定的能量對應(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)系起來的認識。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、動量等概念要比質(zhì)量、力等概念要重要得多。 盡管這劃時代的理論實際地改變了許多牛頓概念，像質(zhì)量、能量、距離，那時后，愛因斯坦的慣性概念與牛頓的原本概念絲毫沒有任何差異。實際而言，整個理論是建立于牛頓的慣性定義。但這也使得狹義相對論的相對性原理只能應(yīng)用于慣性參考系。在這種參考系里，不受外力的物體，必定保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)。 為了處理這局限，愛因斯坦于1916年發(fā)表論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》提出廣義相對論。這理論能夠應(yīng)用于非慣性參考系。但是，為了達到這目的，愛因斯坦發(fā)覺，他必需使用到彎曲時空的新概念，而不是傳統(tǒng)的牛頓力的概念，來重新定義幾個基礎(chǔ)概念（例如引力）。 因為這重新定義，愛因斯坦還以測地誤差重新定義了慣性的概念，這又引起一些微妙但重要的結(jié)果。根據(jù)廣義相對論，當(dāng)處理大尺寸問題時，不能使用與倚賴傳統(tǒng)牛頓慣性。幸運地，對于足夠小的時空區(qū)域，狹義相對論仍舊適用，慣性的內(nèi)涵與工作仍舊與經(jīng)典模型相同。 狹義相對論的另一個深奧的結(jié)果是，能量與質(zhì)量不是互不相干的物理屬性，而是可互相轉(zhuǎn)換的。這嶄新關(guān)系也給予慣性概念新的內(nèi)涵。狹義相對論的邏輯結(jié)果是，假若質(zhì)量遵守慣性原理，則能量必也遵守慣性原理。對于很多狀況，這理論大大地拓寬了慣性的定義，能夠應(yīng)用于物質(zhì)與能量。 能量具有慣性拓寬了對于慣性的認識，也拓寬了對于能量的認識。它帶來的重大實用價值就是核能的釋放。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)物的凈質(zhì)量小于聚變前物質(zhì)的凈質(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識許多物理現(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)的量是否嚴格相等是一個問題，慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等是一條嚴格的定律。原來牛頓力學(xué)中無法說明的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等不再是游離于物理學(xué)之外的一個普遍事實，而是成為意義得大的廣義相對論的基石。愛因斯坦找到了這塊基石，并由此發(fā)展了廣義相對論，這實在是愛因斯坦獨具慧眼、超群絕倫的偉大貢獻。慣性這個問題已經(jīng)成為困擾現(xiàn)代物理學(xué)者的難題，雖然擁有偉人牛頓經(jīng)典理論。但在科技時代出現(xiàn)許許多多的現(xiàn)象用以前的理論是無法解釋的。使用曾經(jīng)的經(jīng)典無法解釋的。也是現(xiàn)代物理的奠基人愛因斯坦留個我們后人的問題。愛因斯坦無法解釋慣性，所以無奈的把相對論分成廣義的和狹義的。他的人生一直被這個問題困擾還是沒有答案。

辨析與區(qū)別

與“第一定律”的區(qū)別

“慣性”與“慣性定律”不是同一概念，不能混為一談。它們的區(qū)別：慣性是一切物體固有的屬性，是不依外界（作用力）條件而改變，它始終伴隨物體而存在。牛頓第一定律則是研究物體在不受外力作用時如何運動的問題，是一條運動定律，它指出了“物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”的原因。而慣性是“物體具有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”的特性；兩者完全不同。為何牛頓第一定律又叫慣性定律，是因為定律中所描述的現(xiàn)象是物體的慣性的一個方面的表現(xiàn)，當(dāng)物體受到外力作用（合外力不為零）時，物體不可能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，但物體力圖保持原有運動狀態(tài)不變的性質(zhì)（慣性）仍舊表現(xiàn)出來。

與“力”的區(qū)別

“慣性”與“力”不是同一概念，“子彈離開槍口后還會繼續(xù)向前運動”，“水平道路上運動著的汽車關(guān)閉發(fā)動機后還要向前運動”這些都是慣性。慣性與力的區(qū)別： ①物理意義不同；慣性是指物體具有保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)；而力是指物體對物體的作用。慣性是物體本身的屬性，始終具有這種性質(zhì)，它與外界條件無關(guān)；力則只有物體與物體發(fā)生相互作用時才有，離開了物體就無所謂力。 ②構(gòu)成的要素不同：慣性只有大小，沒有方向和作用點，而大小也沒有具體數(shù)值，無單位；力是由大小，方向和作用點三要素構(gòu)成，它的大小有具體的數(shù)值，單位是牛。 ③慣性是保持物體運動狀態(tài)不變的性質(zhì)；力作用則是改變物體的運動狀態(tài)。 ④慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，而力的大小跟許多因素有關(guān)（視力的種類而定）。

與“速度”的區(qū)別

慣性大小與物體運動的快慢無關(guān)。“汽車行駛越快，其慣性越大”是不正確的。運動快的汽車難剎車是因為運動速度越快，物體的運動狀態(tài)越難改變�？梢姂T性大小與運動狀態(tài)并無關(guān)系。慣性大小只與物體質(zhì)量有關(guān)。

慣性維護平衡與作用造成變化的辯證關(guān)系

時效波先生在論述“生命的產(chǎn)生”時，提出了慣性維護平衡與作用造成變化的辯證關(guān)系：“物質(zhì)是運動的，運動的物質(zhì)有保持其原有平衡狀態(tài)的屬性，即慣性。這里提到的慣性是廣義的概念，不僅指宏觀物體，構(gòu)成宏觀物體、維系著微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)運動著的分子、原子、電子同樣具有慣性。物質(zhì)是運動的，運動的物質(zhì)之間是相互聯(lián)系、相互作用的。物質(zhì)在相互作用的過程中，會發(fā)生物質(zhì)、能量的運動轉(zhuǎn)化，原有的平衡狀態(tài)（宏觀的運動狀態(tài)、微觀的結(jié)構(gòu)形態(tài)）就會被改變或打破，形成具有新的運動狀態(tài)和結(jié)構(gòu)形態(tài)的物質(zhì)。運動的物質(zhì)有保持原有平衡狀態(tài)的屬性，而運動物質(zhì)間的相互作用又時刻破壞著平衡，慣性維護平衡與作用造成變化成了物質(zhì)最基本屬性的矛盾，正是這一矛盾推動著物質(zhì)的運動變化和發(fā)展演化。無機物在物質(zhì)間的相互作用中，只能被動地接受宏觀的、微觀的沖擊和破壞，改變其原有的運動狀態(tài)和結(jié)構(gòu)形態(tài)。如被海水沖刷和風(fēng)吹日曬的礁石會移動位置和逐漸破碎。原始生命則能為維護自身的平衡狀態(tài)作出反應(yīng)，主動地吸收利用物質(zhì)能量（新陳代謝）來維護有機體的結(jié)構(gòu)形態(tài)不受破壞，以維持其原有性能，獲得生存。事實上，由碳水化合物構(gòu)成的蛋白質(zhì)分子就已經(jīng)能有選擇地從外界吸收營養(yǎng)物并排出分解物，不斷與環(huán)境中的某些物質(zhì)進行代謝。” 物體的慣性和外力作用這一對矛盾的對立統(tǒng)一，形成了宏觀物體的形形色色的各種復(fù)雜的運動。如果沒有外力，物體也就沒有復(fù)雜多樣的運動形式；如果沒有慣性，物體的運動狀態(tài)改變不需要力的作用。只有當(dāng)我們理解了慣性與外力作用的辨證關(guān)系，就不難解釋慣性現(xiàn)象。例如“錘子松了，把錘把的一端在物體上撞幾下，錘頭就能緊套在錘柄上”這是因為錘與柄原來都向下運動，柄撞在物體上受到阻力作用，改變了它的運動狀態(tài)，就停止了運動，錘頭沒受阻力仍保持原來運動狀態(tài)，繼續(xù)向下運動，這樣錘頭就緊套在錘柄上了。

類別

不受外力的時候，一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。 這里的靜止和勻速直線運動指的是絕對靜止和絕對勻速直線運動。就是說慣性定律是相對于絕對靜止系說的。不是相對于相對靜止說的，也不是相對于絕對勻速直線運動系說的。慣性定律的適用范圍是所有的物體，是一切物體。所有物體的運動都是起源于靜止，起源于絕對靜止，是相對于絕對靜止說的。正因為慣性定律的適用范圍是所有的物體，所以物體受力后才會產(chǎn)生加速度，由于所有的物體都是受力的，所以所有的物體都是變速的，這是物體不受力時符合慣性定律，受力時符合牛頓第二定律和第三定律的原因。 我們通常說的慣性指的是物體相對于參考系的慣性，即物體不受外力的時候具有保持與參考系相互靜止或勻速直線運動的性質(zhì)。因此不同慣性系所有的慣性是不同的。在慣性系中物體由于慣性保持靜止，在另一個勻速直線運動慣性系看來，就是物體由于慣性保持勻速直線運動狀態(tài)。靜止的物體怎么會勻速直線運動呢？原來在不同的慣性系看來慣性指的可能不同。由于所有的都是受力的，變速運動，那么所謂的慣性系就是在這里的選擇，是圓的物體都可以是慣性系，任意選擇一個物體都可以是慣性系。

詮釋

質(zhì)量與慣性

慣性的定性定義為物體抵抗動量改變的性質(zhì)。將這定義加以定量延伸為物體抵抗動量改變的度量，就可以用來做數(shù)學(xué)計算。這度量稱為慣性質(zhì)量，簡稱為質(zhì)量。所以，質(zhì)量表示物質(zhì)的數(shù)量，同時，質(zhì)量也是物體慣性的度量。 動量方程表達物體的動量p與質(zhì)量m、速度v之間的關(guān)系： p=mv 但是，牛頓第二定律方程也可以表達物體的作用力F與質(zhì)量（慣性質(zhì)量）m、加速度a之間的關(guān)系： F=ma 按照這方程，給定作用力，則質(zhì)量越大，加速度越小。由動量方程與牛頓方程給出的質(zhì)量相同。因為，假若質(zhì)量與時間、速度無關(guān)，則牛頓方程可以從動量方程推導(dǎo)出來。 這樣，質(zhì)量是物體慣性的度量，即物體抵抗被加速的度量。物體慣性這詞語的含意，已從原本含意──維持動量的傾向，改變?yōu)槲矬w抵抗動量改變的度量。

引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量

引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量之間的唯一差別是測量方法。 將未知質(zhì)量的物體與已知質(zhì)量的物體分別感受到的引力做測量比較，就可以得到未知物體的引力質(zhì)量。通常，可以使用天平來做測量。這方法的優(yōu)點是，不論在什么地方，在什么星球，都可以用天平來做測量，因為對于任意物體，引力場都一樣。只要引力場不改變，天平會測量出可信的引力質(zhì)量。但是，在超質(zhì)量星體附近，例如，黑洞或中子星，就不能采用這種方法，因為在這區(qū)域里，引力場的梯度太過陡峭，在天平的左右兩個托盤位置的引力場差異量太大，超過允許誤差范圍。在失重環(huán)境，也不能采用這種方法，因為天平不能做任何比較。 施加已知作用力于未知質(zhì)量的物體，測量產(chǎn)生的加速度，然后應(yīng)用牛頓第二定律方程，就可以得到慣性質(zhì)量，其誤差只限制于測量的準(zhǔn)確度。當(dāng)處于自由落體狀況時，使用這方法，坐在一種特別座椅，稱為物體質(zhì)量測表，就可以測量出失重航天員的慣性質(zhì)量。 值得注意的是，實驗者尚未找出，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量，兩者之間有什么差異。實驗者已完成許多實驗，檢驗兩者的實驗數(shù)值，但是差異都在實驗誤差邊限之內(nèi)。愛因斯坦在創(chuàng)建廣義相對論時，從引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的事實，得到很大的啟示。他假設(shè)引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相同，引力所產(chǎn)生的加速度是時空連續(xù)統(tǒng)內(nèi)的斜度所造成的結(jié)果，就好像圓球以螺旋線樣式滾下一個倒圓錐。

慣性參考系

當(dāng)描述物體運動時，只有相對于特定的參考系，才能確實顯示出其物理行為。假若選擇了不適當(dāng)?shù)膮⒖枷�，則相關(guān)的運動定律可能會比較復(fù)雜，在慣性參考系中，力學(xué)定律表現(xiàn)出的形式最為簡單。從慣性參考系觀察，任何呈勻速直線運動的參考系，也都是慣性參考系，否則是“非慣性參考系”。換句話說，牛頓定律滿足伽利略不變性，即在所有慣性參考系里，牛頓定律都保持不變。 選擇以固定星體來近似慣性參考系，這方法的誤差相當(dāng)微小。例如，地球繞著太陽的公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，比太陽繞著銀河系中心的公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，要大三千萬倍。所以，在研究太陽系中星體的運動時，太陽是一個很好的慣性參考系。地球也可以視為慣性參考系。由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的加速度在地球表面為0.034m· s。重力加速度大約為自轉(zhuǎn)加速度的288倍。由于地球繞著太陽公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的加速度為0.006m· s，更為微小。所以，可以忽略地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)加速度。 假設(shè)處于地球參考系的觀察者A，觀察到一輛火車呈勻速直線運動，則附著于此火車的參考系（火車參考系）也是慣性參考系。假設(shè)在火車車廂內(nèi)，有一個圓球從高處掉落下來，處于火車參考系的觀察者B，所觀察到的圓球軌跡，就如同當(dāng)這火車固定不動時，這圓球會垂直掉落下來一樣。從地球參考系觀察，在掉落之前，圓球與火車的移動速度與方向相同，圓球的慣性保證，朝著火車移動方向，圓球與火車的移動速度相等。注意到在這里，是慣性而不是質(zhì)量給出這保證。 每一個慣性參考系里的觀察者，都會觀察到所有物理行為都遵守同樣的物理定律。從一個慣性參考系，可以簡單又直覺明顯地變換（伽利略變換）到另外一個慣性參考系。這樣，處于地球參考系的觀測者A能夠推論，火車參考系的觀察者B會觀察到，在火車車廂內(nèi)掉落的圓球，會垂直掉落下來。 對于非慣性參考系而言，由于參考系的加速度不等于零，物體會感受到虛設(shè)力。假設(shè)火車正在加速度中，則火車參考系的觀察者B會觀察到，圓球不會垂直地掉落，而會偏改方向，這是因為朝著火車移動方向，圓球與火車的移動速度不相等。 再舉一個例子，假設(shè)將地球自轉(zhuǎn)納入考量，地球每24小時會自轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)的地球參考系是非慣性參考系。從北極發(fā)設(shè)一枚導(dǎo)彈，對準(zhǔn)南方位于赤道的某點P，則從地球參考系觀察，由于感受到科里奧利力，這枚導(dǎo)彈會偏離點P。但是，從太陽參考系觀察，由于地球的自轉(zhuǎn)，點P位置有所改變，所以沒有準(zhǔn)確抵達點P。

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