惯性定律的创立和发展
2011年3月29日
惯性定律的创立和发展
余胜华
中国科学院原院长周光召在《物理学报》创刊70周年题词中写道：
“格物致知，理直气壮”，是说研究事物道理，获取知识网校头条，要实事求是。
从物质世界的基本规律中提炼真理，需要实事求是、诚实谦逊的态度。
尤其像福尔摩斯侦探小说中所描述的惯性定律在历史上的建立和发展更是如此。
最明显的线索往往会导致错误的怀疑，因此仅靠直觉推理是不够的。
它需要直觉和想象力、大胆的猜测和假设、合理模型的引入、深刻的洞察力、
严谨的数学处理和逻辑思维。
惯性起源于古希腊，我国先秦时期也有“静则常静，动则常动”的记载。
近代，惯性定律是由伽利略（1564-1642）首次提出的。
由笛卡尔（1595-1650）、惠更斯（C.，1629-
1695) 等人，最后由牛顿 (1642-1727) 编纂而成
第一运动定律。
1. 古代西方的惰性
德谟克利特（公元前460-370年），希腊朴素原子论者代表之一
他认为宇宙中一切事物的运动和变化都是遵循自然规律进行的：
在 20 世纪 80 年代，无法解释为什么运动的物体会停在某个点。
她要么保持静止，要么继续无限移动，直到有更强大的东西阻止她移动。
直到那时。”这其中已经蕴含了惯性的含义。
古希腊哲学家普鲁塔克（公元 46-125 年）认为：“如果任何物体
如果没有受到其他物体的偏转，运动自然会使物体继续向前移动。”
库萨的尼古拉斯（1401-1464 年），16 世纪罗马教会的枢机主教
这个想法是，一个在光滑地板上移动的球会继续移动，直到有东西阻止它。
动作。”物体具有运动的属性。
知识的局限性：主要停留在哲学家猜想的层面，没有取得任何实际成果。
尤其是因为经院哲学家和神学家们极力推崇亚里士多德错误的动力学理论，
人们早期对于惯性的认识逐渐消失。
2. 中国古代的惯性
追溯远古时代，我们的祖先在日常生活和生产实践中就已经触及了惰性这一现实。
大象。
《考工记》是春秋末期齐人写的一本书。
“尚可取。”意思是说，马拉车时，虽然马停止前进，不对车施加力量，
但轴还能向前移动一小段，这段话可以算是中国古代力学史上关于惯性的第一章。
最早有关于这一现象的记载。汉代著名科学家张衡制作了地震仪，显然是利用了地震
由于惯性所致。
《论衡》是东汉唯物主义哲学家、进步思想家王充的著作。
在《庄流篇》一书中也有关于惯性现象的记载，其中写道：“车行于陆，船行于轮。”
沟满则重，故行慢；沟空则轻，故行快。
它的质量与物体的惯性有关，也就是说，质量是物体惯性大小的量度。
3.亚里士多德的运动观
亚里士多德（公元前 384-322 年）是一位希腊科学家和哲学家。
运动论倾向于探索“运动的原因”，具有动态性质。他将运动分为天体
天体的运动是沿着圆形轨道的匀速运动，无始亦无终，
它是没有终结的，是永恒的，而这些运动的起因是某种初始的力量，某种精神的力量。
所以天体的运行是完美的，天空中的现象也是完美的。
宇宙的基本元素是土、水、气、火。它们都随着天体的运转而自然运动。
相反，地球上物体的运动是不完美的，地面上的现象也是不完美的，它们总有一个开端。
和结束。
亚里士多德还认为，除了重的物体向下运动、轻的物体向上运动外，
运动只有在外力的作用下才能发生。没有这种力量，运动就会停止。他写道：“所有
运动中的物体必定受到某种物质的推动。”
亚里士多德问自然界中是否存在可以被认为是绝对静止的物体。
答案是肯定的。地球是一个绝对静止的物体，相对于地球的运动是绝对的
运动，所有重的物体都力图相对于地球保持静止，而地球则保持静止。
为了使物体相对于地球运动（即使是匀速直线运动），
必定有强大的效果。
与以前的学者相比，亚里士多德非常重视对日常生活的细心观察。
但由此得出的结论并不可靠，也不能揭示自然规律。
确认。
4.伽利略的贡献
意大利伟大的物理学家伽利略用理想斜面实验推翻了西方的主导科学。
亚里士多德的错误观点，沿用了近两千年，并没有明确提出惯性的概念。
“惯性”早已出现在人们的视野中，因此，科学史上，确认了惯性定律是伽利略发现的。
那么，他是如何想出理想斜面实验的呢？
创意的由来：即使马不再拉车，马车也需要一段时间才能
经过一段时间后，马车可以停下来。这种现象无法用亚里士多德的观点来解释（“持续的力”
但是当马停止拉车之后，车还能走多远呢？
简单摆实验：
理想斜面实验：
伽利略始终坚信物体的自然运动是匀速圆周运动。
文中的水平面运动不是指直线运动，而是指“与地心等距离”和“绕地心旋转”的运动。
而且伽利略研究的并不是没有外力的情况，而是总外力为零的情况。
事实上他还没有达到“不受外界影响的自由运动”的抽象。
伽桑狄的作品
1664年，法国物理学家笛卡尔在《哲学原理》中明确指出，除非
物体在受到外界因素作用时，总是保持静止或运动的状态，也有专门说惯性
运动的物体不会沿曲线运动，而只会沿直线运动。
推导出两条定律：
1. 对象保持其已获得的状态。
2、如果没有外力作用，物体的运动轨迹就是直线。
笛卡尔认识到惯性定律是解决机械问题的关键，并把惯性定律作为原理。
他确立了它，并把它作为他整个自然观的基础。但他仅仅止步于提出概念和
它带有神学色彩，主要基于宗教信仰和神学论证。很难把它们视为
科学原理已经建立，因此，机械系统的问题并没有得到成功解决。
荷兰物理学家惠更斯曾指出：“在没有相互作用的情况下，运动的
发生碰撞的物体继续以相同的速度沿直线运动。
这个结论是在这个过程中得出的。
与笛卡尔同时代的法国唯物主义哲学家伽桑狄于 1642 年独立得出结论：惯习
自由原理：“在没有吸引力和阻力的虚空中惯性定律，物体永远保持其原来运动的方向。
保持其匀速运动。”这种表述比较接近现代科学的惯性原理。
列奥纳多·达·芬奇，资产阶级文艺复兴时期的代表人物之一
1452-1519）也非常重视物体的“惯性”。他曾详细描述过
物体的运动会因存在
这些发现的重要意义在于，惯性现象不再只是哲学家头脑中的猜想。
相反，它是通过实验经过严谨的逻辑推理得出的科学结论。
6.牛顿的伟大综合
1687年，牛顿总结了前人的工作并结合自己的研究成果。
他发表了划时代的著作《自然哲学的数学原理》，提出了运动的数学理论。
运动三大定律和万有引力定律对宏观物体的运动给出了精确的描述。
其中一个定律，即惯性定律，描述如下：
“任何物体除非受到外力干扰，都会保持静止状态或沿直线恒定运动。
对其施加力量，迫使它改变这种状态。”
牛顿的贡献主要在于他引入了“惯性”的概念。牛顿关于惯性的表述是：
“所谓的Uis，即物质固有的力，是每个物体都具有一定量的力量。
物体在阻力作用下保持其原始静止状态或
匀速直线运动状态。
这种力总是与施加这种力的物质的量成正比，与物质的惯性无关。
有什么区别呢？只是说法不同而已。
因此惯性定律，这种内在力量可以用以下名称来最好地描述：
然而，只有对物体施加其他力时，物体才会具有惯性。
当它改变原来的状态时就会表现出这种力量。”
牛顿从惯性概念出发，借用外力的概念来回答
在
无限短时间内发生的事情牛顿得到了一个适用于任何情况的公式：F=ma，也就是牛顿
第二定律。因此，恩格斯在评价惯性时说：“力学的出发点是惯性，惯性是物体的运动。”
永生的体现。”
惯性定律有很多含义：
1. 正确阐述了力和运动的关系，物体的运动不需要力来维持。
只有当物体的运动状态发生改变时，才需要力，由此可以推导出力的定性和定量性质。
含义：力是物体之间的相互作用。
2. 本质上，惯性的概念被提出来。物体之所以能保持静止或匀速直线运动，是因为
它是由物体在没有受力的情况下，其自身特性即惯性所决定的。
3.包含了惯性是一切物体的基本属性以及物体的静止状态和均匀状态的思想。
快速直线运动状态的等效性。
4.它提供了关于参考系的完整论证，这是其他力学定律的基础。
如果要理解静止状态或匀速直线运动的状态，就必须清楚地解释参考系。
5.叫做普遍规律，就是发现地球和天体上物体运行所遵循的机制。
机械运动定律强调宇宙中任何地方的运动都可以用单一模型来描述。
处理。
7.惯性定律的发展
“力”这个词用于惯性定律的表达，但力的概念也来自于此
因此，惯性定律的表述具有循环逻辑。爱因斯坦说
“惯性原理的弱点在于它涉及一个循环论证：如果一个物体远离另一个物体
如果物体距离足够远，它就会无加速度地移动；但正因为它无加速度地移动
我们仅根据它的速度就知道它与其他物体距离足够远。
那么惯性系呢？……我们可以假设惯性原理对于太阳系的空间非常适用。
他还曾对其进行了修改：“当一个物体距离其他物体足够远时，它总是
保持静止或匀速直线运动。”
同时，惯性定律只在惯性参考系中有效。
制动车厢中的乘客虽然没有受到前后方向的外力，但仍然会向前摔倒。
这一表述还应伴随惯性参考系的局限性：在惯性参考系中，不受外力作用的物体保持其
然而，这只是惯性参考系定义的重复。
而且，物体是否受到外力作用也是未知的。
随着距离的增加而减小。梁昆淼先生对惯性定律的描述是：“有一个惯性参考系
相对于该参考系，如果一个物体远离其他物体，它将保持静止
或匀速直线运动状态。”在此基础上，惯性参考系与力得以成功建立。
概念。
为了避免上述表述的理解困难，北京大学赵开华教授采用了更现代的
现代的说法只是说“自由粒子总是保持静止或做匀速直线运动。
自由粒子是不受任何相互作用影响的粒子（物质点）。
8. 惯性定律的检验
所有物理定律都是以相对精度而非绝对精度被接受的。
由于近似地存在一个由惯性定律描述的环境（爱因斯坦描述的太阳系空间），
如果惯性定律
之所以不能用实验直接检验，并不是因为不存在绝对不受外力影响的物体，而是因为
它包含一个“循环论证”，因此不能从物理学中的其他定理或定律中推导出来。
正因为如此，惯性定律具有公理原理的性质，并且只能从公理原理中推导出来。
它已经在大量的推论和人们的生活实践活动中得到了检验。
参考：
[1] 力学，赵开华、罗伟银编，高等教育出版社，1995
[2]《力学基础》，齐安深、杜禅英主编，人民教育出版社，1982年
[3]力学讨论，梁昆淼、余超、邱树业，四川教育出版社，1987
出版社
[4] 力学与热力学专刊，《大学物理》、《外贸教育》编辑部编，1987年
教育出版社
[5]《物理学史》，郭义玲、沈惠君编著，清华大学出版社，1993年
[6]《物理学发展简史》，杨继芳、黄高年主编，知识出版社，1983年
[7] 物理学讲义—古代中国，蔡斌谋、袁云开主编，1985年
高等教育出版社
[8] 大学物理学概论：物理学的理论与方法、历史与前沿（上册）
项以和主编，清华大学出版社，1999