惯性定律的建立过程

惯性是指一个物体在不受外力影响时保持其原始运动状态的特性。人们对惯性的理解有赖于惯性定律的建立，同时也有赖于对力的理解以及运动状态和运动状态变化之间的区别，这在人类熟悉的发展史上经历了很长时间。一、亚里士多德的理论及其在人类思想史上的贡献，两千多年前的希腊哲学家亚里士多德的理论无疑产生了广泛的影响，然而，他对物理学的论述，许多是错误的。他把物体的运动分为自然运动和强迫运动。他认为圆周是一个完美的几何图形，圆周运动对所有恒星来说都是自然的，所以它是自然的运动。此外，地球上的所有物体都有它们的自然位置。重的物体倾向于向下，轻的物体倾向于向上。如果没有来自其他物体的障碍，物体试图返回其自然位置的运动也是一种自然运动。所有其他形式的运动都是强制性的。他进一步指出，物体的强迫运动只能在外力的不断作用下发生。当外力作用停止时，运动立即停止。从这里可以看出，亚里士多德肯定了两点:第一，自然运动不涉及拖曳力的问题，只有强迫运动才有力的问题；第二，力是物体*运动的原因。从今天来看，这显然是错误的，但它把人们束缚了近2000年。亚里士多德对运动和力的理解是，力是维持物体运动的原因。如果有力，就有运动，如果没有力，就没有运动。尽管我们现在知道这是一个错误的观点，亚里士多德在动力学方面对我们最大的贡献是，他第一次提出了力和运动之间存在关系的论点。一个字也没有吗？如果你不怕做不到，你就怕想不出来。亚里士多德认为力和运动之间应该有关系，这是他对动力学的贡献。其次，伽利略的理论和贡献伽利略开创了一种将实验和理性思维相结合的现代物理学研究方法，并用它来研究物体的运动。他非常不满意亚里士多德对物体运动的粗略的日常观察、抽象的推测和思辨的推理。他通过科学实验和科学推理获得了许多正确的结果，并在他的著作《关于托勒密和哥白尼两个世界体系的对话》和《关于力学和运动两个新科学的对话》中进行了总结。当伽利略研究物体在斜面上的运动时，他发现当球从一个斜面滑下并在第二个斜面上滚动时，球在第二个斜面上达到的高度几乎等于它开始从第一个斜面滑下时的高度。伽利略得出结论，这种微小的高度差异是由摩擦造成的。如果摩擦力可以完全消除，高度将完全相等。然后，他推断，在完全没有摩擦的情况下，不管第二斜面的倾角有多小，即使它是水平的，球“想要”移动到它原来的高度，所以它必须永远移动。通过这种推测，伽利略意识到即使没有力，物体也能移动。然而，当他向别人解释这一观点并试图让别人接受它时，他遇到了阻力。毕竟，亚里士多德的观点已经深入人心。于是伽利略设计了著名的斜球理想实验。也就是说，他设计这个实验是为了让别人相信他自己的想法。实验过程如下:第一步:如果没有摩擦力，从斜面一侧的其余部分滚下来的球在斜面的另一侧将达到其原来的高度。这是一个每个人都能接受的事实，也可以被视为一条公理。第二步:仍然没有摩擦，另一边的斜面几乎是平的。为了达到原来的高度，球会经过更长的距离。这也是每个人经过推理后都能接受的结论。第三步:如果另一边的斜坡完全变平并靠着地面，物体会发生什么？在前两步的基础上，被询问的人一定已经得出结论，球总是会移动，以便回到它原来的高度。只有在这里，伽利略的观点才“*”被其他人接受。但是后来伽利略错误地认为，由于球将永远沿着这个轨道靠着地面运动，而地球是球形的，它将在绕地球一圈后回到它在水平面上的起点。伽利略的思想无疑比他的前辈前进了一大步。他熟悉这样一个事实，即物体可以永远运动，而不需要其他物体的作用，这非常接近惯性定律。但是伽利略还没有摆脱亚里士多德的影响。他所说的水平面是与地球同心的球面，也就是说，不受其他物体影响的物体的永恒运动是圆周运动，所以我们不能说伽利略发现了惯性定律。伽利略的贡献在于他认为摩擦力是影响物体运动的原因，没有摩擦力的物体将永远在水平面上运动。更重要的是，他意识到验证一个结论的正确性可以通过实验来进行。他第一个走出“直觉观察可以得出结论”的误区，提出了一种依靠实验来验证自己观点的科学研究方法。第三，笛卡尔的理论和贡献第一次清楚地表达了惯性定律，并把它确定为一个原理。笛卡尔是一位理性主义哲学家。他试图建立一个系统，在这个系统中，包括整个宇宙在内的各种自然现象都可以从基本原理中推导出来。惯性定律是他体系中的基本原则之一。在他的《哲学原理》一书中，他将这一基本原理表述为两个定律:首先，每个单独的物质粒子将保持相同的状态，直到它与其他粒子碰撞并*改变这一状态；其次，所有的运动本身都是线性的。然而，笛卡尔并没有建立他试图建立的那种系统来推导各种自然现象，其中许多是错误的，但是他的思想对牛顿的综合有一定的影响。笛卡尔首先提出任何变化都是有原因的。如果一个物体想改变它的运动状态，它必须受到外力的影响。没有外力的影响，物体将保持直线运动或静止状态。注意笛卡尔的观点在这个时候已经向前迈出了一大步。他意识到力是改变物体运动状态的原因。他还从数学家的角度理解到，伽利略关于球最终会沿着地球表面回到水平面起点的结论是错误的。因为在没有外力的情况下，物体只能沿直线运动，不能沿曲线运动。笛卡尔的贡献在于他第一个认识到力是改变物体运动状态的原因。4.牛顿惯性定律的建立牛顿于1661年进入剑桥大学学习亚里士多德的运动理论。1664年，他从事力学研究，摆脱了亚里士多德的影响。他继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，也继承了笛卡尔的研究成果。他深入研究了碰撞问题、圆周运动和行星运动，并阐明了动量和力的概念。1687年，他出版了《自然哲学的数学原理》一书，该书以“定义”和“公理，即运动定律”为基础，建立了一个将天上的力学和地上的力学统一起来的机械系统。惯性定律是牛顿的第一定律，它指出“所有物体总是保持静止或匀速直线运动，除非作用在它们身上的力迫使它们改变这种状态。”惯性定律已经真正成为力学理论的起点。牛顿非常谦虚。他认为他总结了牛顿第一定律，因为他站在巨人的肩膀上。虽然这有一定的道理，但这不能掩盖他的贡献:他对力和运动之间关系的探索比前两者更进了一步。他认为保持匀速直线运动的状态和静止状态是所有物体的固有属性(惯性)。除非有外力，否则它不会改变这种状态。牛顿的贡献在于他认为保持匀速直线运动的状态和静止的状态是物体的固有属性，惯性参照系的概念由此而来。根据惯性定律，物体具有保持其原始运动状态的性质，这叫做惯性。不仅静态物体有惯性，运动物体也有惯性。物体的惯性由其质量来衡量。到目前为止，人们对物体惯性的认识在第一阶段已经达到了一个相对完善的水平。从此，人们对运动中的各种惯性现象有了很好的理解。在实践中，设计了各种措施来利用惯性来有益和防止惯性伤害。