慣性力(inertial force)是指質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量乘以加速度矢量并冠以負(fù)號稱為質(zhì)點(diǎn)的慣性力。以 F表示, F=-ma,慣性力的單位是牛[頓],用符號N表示。對于運(yùn)動(dòng)著的非自由質(zhì)點(diǎn),只受主動(dòng)力與約束力的作用,并無慣性力作用,引入慣性力只是為了使用達(dá)朗貝爾原理,將動(dòng)力學(xué)問題轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問題。慣性力是虛構(gòu)的,因此有人認(rèn)為只能稱它為慣性矢量。但確有大小及方向等于-ma的力存在,不過它不作用在所討論的質(zhì)點(diǎn)上,而是作用在使質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生加速度的物體上。如人推質(zhì)量為m的小車,使其具有加速度 a,則人所施的力為 F=ma,而人則受到小車所給的反作用力為-ma,人正是通過這個(gè)力感覺到小車慣性的存在。慣性力與非慣性系中的牽連慣性力 F=-ma與科氏慣性力F=-ma有相同之處,即它們都作用在質(zhì)點(diǎn)上卻找不著施力者。但亦有不同,即牽連慣性力與科氏慣性力在動(dòng)坐標(biāo)系中是真實(shí)存在的力,且大小和方向與所選的動(dòng)坐標(biāo)系有關(guān)。為區(qū)別起見,常將 F=-ma稱為達(dá)朗貝爾慣性力。 經(jīng)典力學(xué)對力定義相當(dāng)簡單明了——力是物體對物體的作用。于是,人們認(rèn)為只有具備兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體才能談力,力一定有施力物體和受力物體,這與人們的生活經(jīng)驗(yàn)相同。 如果人們坐在車上,并以車為參考系時(shí),當(dāng)車作非勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),發(fā)現(xiàn)車上的物體作加速運(yùn)動(dòng),應(yīng)有一個(gè)力作用在物體之上。以地面為參考系來觀察,原來當(dāng)車一旦作加速運(yùn)動(dòng)時(shí),車上的物體相對于車廂作加速運(yùn)動(dòng)。如果車作勻速直線運(yùn)動(dòng),車上物體并未運(yùn)動(dòng)而是保持相對靜止?fàn)顟B(tài),物體并未受到力的作用,找不到施力物體??梢?,在不同參考系上觀察物體的運(yùn)動(dòng),結(jié)果截然不同。 凡是牛頓運(yùn)動(dòng)定律能夠適用的參考系稱為 慣性參照系(慣性系),反之,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用的參考系稱為 非慣性參考系(非慣性系)。通過總結(jié)發(fā)現(xiàn),凡是相對地面靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系,而相對于地面做變速運(yùn)動(dòng)的參考系是非慣性系。 牛頓擺球?qū)嶒?yàn) 然而這只是一個(gè)判據(jù),尚不足以說明慣性力從何而來,曾經(jīng)遭到馬赫的強(qiáng)烈批判。后來的狹義相對論雖然否定了絕對空間,但并未解決此問題。另一方面,愛因斯坦嘗試將萬有引力納入狹義相對論框架遭到失敗。在馬赫原理的啟發(fā)下提出了等效原理和廣義相對性原理,取消慣性系的優(yōu)越地位,不再區(qū)分慣性系與非慣性系,所有的參考系都是等價(jià)(平權(quán))的,進(jìn)一步建立了廣義相對論。
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