惯性:平衡的另一种形式

在牛顿第一定律发布之前,古希腊学者亚里斯多德的观念影响人们很久,人们一直认为:使物体持续运动的方法就是对物体施加力的作用,没有力的作用,物体的运动就会停止。牛顿总结了伽利略等人的研究成果,概括和推理出牛顿第一定律,因为是推理,不能用实验来直接验证其正确性。之初,牛顿第一定律并没有得到人们的承认,更有人骂牛顿是疯子。后来,随着人类航天技术的发展,牛顿的推理才成为定律,成为大家公认的力学中的基本定律之一。伟人的伟大就在于他有"先见之明"。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(1)

牛顿

牛顿第一定律告诉我们:一切物体在没有受到外力的作用时,总保持静止或匀速直线运动状态。即任何物体在任何时候都有保持静止或匀速直线运动不变的特性。由于道理好深奥,不少人表示难以理解。于是,物理老师把表达方法"改头换面"了,一切物体都有保持原有运动状态不变的特性。原来,惯性"藏"在牛顿第一定律中,人类由此也发现了惯性。

有益的惯性可以为人类所利用。例如:百米冲刺、投掷运动、泼水、除尘等。同时,有害的惯性我们要加以预防。例如:骑车戴头盔、安全驾驶与安全带、保持车距、障碍物等。这些司空见惯的惯性,大家都容易理解。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(2)

车子运动的惯性

我来谈谈惯性的另一面,即惯性与平衡的问题。

第一、 惯性与地球的转动。陀螺的运动可以说是地球自转和公转的"缩影",它在自转的同时,也在作弧线运动,还有摆动。为什么会是这样的运动呢?因为惯性是任何物体固有的一种属性,当一个物体对外表现惯性时,必然会产生克服惯性的另一种运动形式(作用),以维持自身的平衡。否则,平衡被破坏,原有的运动状态就不复存在。例如,刹车时,安全带会阻碍乘客向前运动的惯性,没有安全带的"克服"(保护)作用,乘客会被抛出车外;抛掷出去的物体,除了直线运动外,它还有旋转运动,以克服直线运动的惯性。同理,作圆周运动的物体,自转是用来克服圆周运动的惯性,所以,地球绕太阳转动的同时会产生自转。

宇宙中的星体(星系)为了维持运动的平衡性也是依靠自转和公转。公转是为了克服自转的惯性,自转是为了克服公转的惯性。自转和公转是相互依存的。

实际上,地球还有小幅度的摆动,这是由于地球质量分布发生小幅度变化造成的。如海啸、台风、地震、冰山融化等。科学家监测到,日本的大地震、印尼的海啸,地球都发生了短时间的摆动。因为地球的质量巨大,这个小幅度摆动,人类感官是无法感知的。摆动的作用是为了平衡地球因质量分布变化导致自转和公转惯性微小的变化。所以,地球是在自转、公转、摆动中度过了岁岁年年。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(3)

转动的惯性

第二、惯性与电磁力学。导体在磁场中作切割磁感线运动时,穿过闭合导体区域的磁通量是不断地发生变化,笔者叫磁通量变化惯性,楞次定律告诉我们,线路中就会产生感应电流,感应电流产生磁场就会阻碍原磁场磁通量变化的惯性。通电的电动机线圈在磁场中转动时,就会产生感应电流,感应电流产生的磁场就会削弱原来电流产生的磁场,以阻碍线圈转动的惯性。异名磁极相互吸引,以阻碍二个磁极远离的惯性,同名磁极相互排斥,以阻碍二个磁极靠近的惯性。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(4)

第三、惯性与热力学。内能是物质内部所有分子运动动能和势能的总和。当物体吸热时,温度升高,动能的增加,分子势能增加,笔者称为内能增加的惯性。为了阻碍内能增加的惯性,物体一方面要对外放热,以降低温度,阻碍分子动能的增加。另一方面,分子间的距离变大,以阻止引力势能的增加。人类没有方法阻碍物体的放热,保温措施只能延长物体放热的时间。把物体放入真空中,还可以通过红外线辐射热量。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(5)

内能图示

第四、惯性与生化。在化学反应中,吸热如果是正反应,则负反应必然是放热反应,这样才能维持化学反应的动态平衡。在密闭的容器中,化学反应产生的热量和气体,使容器中的压强增大,以阻碍化学反应的速度增加。在生物圈中,某种动物的突然增加,必然带来严重的危害,生态调节就成为必然,以阻碍它的增加,否则生态平衡就会被破坏。例如:曾经一段时间内老鼠成灾,由于生态保护到位,使蛇、黄鼠狼增多,鼠害基本被控制了。人体内不断地产生癌细胞是正常的,但有免疫系统"站岗放哨",这个平衡被破坏,患癌就不可避免。

惯性所保持的运动状态(平衡的另一种形式)(6)

总之,惯性存在于我们生活中的方方面面,惯性无处不在。有惯性存在,就有平衡存在。文学中的惯性,如人类生活的习性、恶习,社会发展之惯性等,就留给大家去思考吧。

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