有关惯性定律

有关惯性定律

惯性定律是牛顿力学的重要基石之一，从亚里士多德的自然哲学转变到牛顿的经典力学，最深刻的变化就在于建立了惯性定律。前者认为一切物体的运动都是由于其它物体的作用；而后者认为“每一个物体都会继续保持其静止或沿一直线作等速运动的状态，除非有力加于其上，迫使它改变这种状态。”这就是牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，作为第一条公理提出的基本原理。 1.3.1古代的认识牛顿在他的手稿《惯性定律片断》中写道：“所有那些古人知道第一定律，他们归之于原子在虚空中直线运动，因为没有阻力，运动极快而永恒。”这里所谓的古人，可以追溯到古希腊时代，德漠克利特（Democritus，公元前460－371）、伊壁鸠鲁（Epicurus，公元前342－270）都有这样的看法。例如，伊壁鸠鲁就说过：“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与他们碰撞时，它们一定以相等的速度运动。”应该指出，不论是古希腊的哲学家还是后来他们的信徒，都无法证实这条原理，只能看成是猜测或推想的结果。亚里士多德则断言，物体只有在一个不断作用者的直接接触下，才能保持运动，一旦推动者停止作用，或两者脱离接触，物体就会停止下来。这种说法似乎与经验没有矛盾，但是显然经不起推敲。例如，对于抛射体的运动，亚里士多德解释说，之所以抛射体在出手后还会继续运动，是由于手或机械在作抛物动作中同时也使靠近物体的空气运动，而空气再带动物体运动。但是，在亚里士多德的思辨中，不可避免地会出现漏洞。人们要问，空气对物体的运动也会有阻力作用，为什么有的时候推力大于阻力，有的时候阻力又会大于推力？尽管亚里士多德被奉为圣贤，他的学说在中世纪还是不断有人批驳，逐渐被新的见解所代替。1.3.2 中世纪的学说6世纪希腊有一位学者对亚里士多德的运动学说持批判态度，他叫菲洛彭诺斯（J.Philoponus）。他认为抛体本身具有某种动力，推动物体前进，直到耗尽才趋于停止，这种看法后来发展为“冲力理论”。代表人物是英国牛津大学的威廉（William of Ock- ham,1300－1350），他认为，运动并不需要外来推力，一旦运动起来就要永远运动下去。他写道： “运动并不能完全与永恒的物体区分开，因为当可以用较少的实体时，就无需用更多的实体。没有这一额外的东西，就可以对各种运动给予澄清。”例如，关于抛射体运动，他解释为：“当运动物体离开投掷者后，是物体靠自己运动，而不是被任何在它里面或与之有关的动力所推动，因为无法区分运动者和被推动者。”他举磁针吸铁为例，说明要使铁运动并不一定直接接触，并且还进一步设想，这种情况在真空中也能实现，可见亚里士多德认为真空不存在的说法是可疑的。当然，威廉的说法并不等于惯性原理，但是却是走向惯性原理的重要步骤。因为，如果运动不需要原因，一旦发生就要永远持续，亚里士多德的推动说就要从根本上受到动摇。巴黎大学校长布里丹（F.Buridan，1300－1358）也是批判亚里士多德运动学说的先行者。他反对空气是抛射体运动的推动者，亚里士多德对抛射体的解释是：在抛射体的后面形成了虚空区域，由于自然界惧怕虚空，于是就有空气立即填补了这一虚空区域，因而形成了推力。布里丹反问道：“空气又是受什么东西的推动呢？显然还有别的物体在起作用，这样一连串的推动根源何在呢？他又举出磨盘和陀螺为例，它们转动时无前后之分。两支标枪：一支两头尖，另一支一头尖一头钝，然而投掷时并不见得前者慢后者快。水手在船上，只感到迎面吹来的风，而不感到背后推动的风。这些都说明：“空气持续推动抛射体”的说法不符合事实。于是他提出“冲力理论”，认为：“推动者在推动一物体运动时，便对......余下全文>>