惯性质量对定律1的进一步讨论

发布网友 发布时间：2024-10-23 15:56

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热心网友 时间：2024-11-09 17:42

设想有三个单向透明舱，在地球引力场内，分别进行自由下落、斜抛运动和围绕地球运动的实验，旨在探讨惯性质量对定律1的进一步讨论。

首先，讨论自由下落情形。在地球Me上空自由下落的单向透明舱内，物体m相对该舱静止，处于自然状态。舱内观察者能够根据牛顿运动定律解决力的作用问题。若物体m相对舱有恒定速度v，舱外观察者将发现物体m与舱一同自由落体运动，表明物体m仍处于自然状态。

接着，将舱与一滑杆相连，沿滑杆自由下落。舱内观察者认为物体m在持续作用下产生加速度a，该加速度本质上是称力的结果，即地球对物体m的引力所表现出的重力。称力与物体质量m成正比，表明经典力学中的惯性质量即引力质量。

将单向透明舱静止在地面上，施加水平方向的力F，产生相对舱的加速度a。此时，力F被视为称力，即物体m本质上为引力质量。若无外力作用，物体m在水平方向处于自然状态。

以太阳的质量Ms为参照，考虑地面上一列火车突然启动，物体m（不计摩擦力）将产生相反方向的加速度-a。经典力学中的惯性力实质是Ms对物体m的万有引力，物体m在水平方向处于自然状态，直到受到车厢后壁称力的作用，产生水平方向的重力。重力随称力增大而增大，若存在无限大的重力，则证明宇宙间有无限的质量。

探讨惯性系的本质，运动是物体间的相对运动，研究物体的运动需考虑参照系的质量和研究对象的质量。依据关系式F=(Mm/(M+m))a，可以代替牛顿第二定律，理论上可以抛掉惯性系。当参照系质量M远大于研究对象质量m时，牛顿第二定律成为特例。经典力学寻找的大质量物体作为惯性系，但实际上不存在质量无限大的物体，因此严格意义上的惯性系不存在。自然状态下、质量远大于研究对象的物体作为参照系极为有效。例如，地球相对于太阳处于自然状态，且质量远大于地面上的物体，故是一个接近惯性系的参照系。对于质量悬殊不大的物体，直接应用关系式F=(Mm/(M+m))a进行相对运动的研究是可行的。

量度物体惯性的物理量。实验发现，在惯性系中，若在两不同物体上施加相同的力，则两物体加速度之比a1/a2是一个常数，与力的大小无关。此结果表明，a1/a2之值仅由该两物体本身的惯性所决定，与其他因素无关。物理学中规定各物体的惯性质量与它们在相同的力作用下获得的加速度数值成反比。若用m1及m2分别表示两物体的惯性质量，则m2/m1＝a1/a2。选定其中一物体的惯性质量作为惯性质量的单位后，另一物体的惯性质量可通过实验由上式确定。在国际单位制中，把保存在国际计量局中的国际千克原器的惯性质量作为单位，称为“千克” 。