慣性質量檢視原始碼討論檢視歷史
慣性質量是中國的一個科技名詞。
為什麼漢字是方塊字,這個問題雖然沒有明確的考證,但從古人觀察世界的方式中便可窺見一斑。《淮南子·覽冥訓[1]》說:「往古之時,四極廢,九州裂。天不兼覆,地不周載,火炎炎而不滅,水浩洋而不息,猛獸……於是女媧煉五色石以補蒼天,斷鰲足以立四極。」在古人心目中,「天圓地方[2]」,地是方形的,而且在這四方形地的盡頭,還有撐着的柱子。
名詞解釋
量度物體慣性的物理量。實驗發現,在慣性系中,若在兩不同物體上施加相同的力,則兩物體加速度之比a1/a2是一個常數,與力的大小無關。此結果表明,a1/a2之值僅由該兩物體本身的慣性所決定,與其他因素無關。物理學中規定各物體的慣性質量與它們在相同的力作用下獲得的加速度數值成反比。若用m1及m2分別表示兩物體的慣性質量,則m2/m1=a1/a2。選定其中一物體的慣性質量作為慣性質量的單位後,另一物體的慣性質量可通過實驗由上式確定。在國際單位制中,對應普朗克常數為6.62607015×10^-34J·s時的質量作為單位,稱為「千克」 。
萬有引力
根據牛頓萬有引力定律,宇宙萬物間都存在着吸引力。引力的大小跟物體間的距離有關,跟物體本身所具有的產生引力場和受其它引力場作用的能力有關。物體的這種能力的大小用質量來表徵,這就是經典力學中的引力質量。本文從萬有引力定律引入質量的概念,從而推出慣性質量的本質。為完整起見,現將萬有引力定律的定量關係簡述如下:
質量分別為M和m的兩個質點,相距為r,它們之間的引力為
F=G0Mm/r^2
式中G0為萬有引力常數,r為兩質點之間的距離。
重力加速度
物體只在萬有引力的作用下,或轉化(下一節將對「轉化」作專門論述)為物體的加速度,或表現為物體的重力(這裡的重力,相當於經典力學中的視重),或兩者同時有之。如一個物體在地面附近自由下落(忽略空氣阻力,下同),下落過程中,地球對物體的引力完全轉化為物體相對地球的加速度,重力為零。當物體下落到一張桌面時,就受到桌面對它的阻力,使得只有極少部分引力轉化為物體的加速度(設物體不在兩極,若在兩極,引力就完全表現為物體的重力),大部分表現為物體的重力,重力的大小等於地球引力與轉化為加速度的那部分引力之差。我們把這種阻止引力轉化為加速度的力,叫做稱力。稱力與重力是一對平衡力。上例中桌面對物體的阻力就是稱力,與該物體的重力是一對平衡力。
力的轉化
一個物體在萬有引力的作用下,為什麼說引力轉化為加速度了呢?我們不妨設想有一個密封艙,艙內有一物體m隨艙一起相對地球作自由落體運動,艙內觀察者認為,物體m不受任何外力的作用,處於靜止狀態,重力為零。與人們常說的遠離任何物質的空間中的物體不受引力的作用的情形等效,故說引力轉化為物體的加速度。下面引入一個重要的定義。
定義 物體在萬有引力的作用下,當引力完全轉化為物體的加速度時,我們就說該物體處於自然狀態,處於自然狀態的物體的重力為零。
以上所說的密封艙及物體m均處於自然狀態。由稱力的定義,得出以下重要結論,將替代經典力學中的慣性定律。
定律1 任何具有質量的物體都保持自然狀態,直到有稱力迫使它改變這種狀態為止。
稱力是引力表現為重力的充要條件,稱力的存在,是破壞物體保持自然狀態的重要條件。
參考文獻
- ↑ 經典古文100篇(34) 淮南子·覽冥訓,搜狐,2019-04-15
- ↑ 「天圓地方」的漢字不是你想的那麼簡單,搜狐,2019-03-16