惯性是物体抵抗其运动状态发生改变的性质,即在不受外力作用时,物体保持静止或匀速直线运动的趋势。作为牛顿第一运动定律,它从根本上颠覆了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观念,是经典力学建立的基石之一。
如果大地向一个方向运动,不系在大地上的东西,如鸟、云,就会退行…须记取,惯性概念在当时是没有的。
是笛卡尔第一次完整地叙述了惯性定律,从而为运动观念奠定了基础。
根据惯性原理,大气天然和地球一起转动,而不像亚里士多德学说所提示的那样需要一个持久的推动力。
展开阐述
惯性概念的确立是科学革命中最深刻、最反直觉的变革之一。
前惯性时代的困境:亚里士多德的运动观
- 运动需要原因:亚里士多德认为,物体的自然状态是静止(在自己的自然位置上)。任何运动都需要一个持续的推动力来维持。
- 反对地动的论据:这个观念成为反对“地动说”的有力论据。反对者认为,如果地球在高速旋转和公转,那么不与地面固连的物体(如云、飞鸟、向上抛的石头)就会被远远甩在后面,但这与日常经验相悖。
惯性概念的诞生与确立
- 伽利略的洞察:伽利略通过理想实验(如无限延伸的光滑平面)认识到,如果没有摩擦等阻力,运动的物体将永远保持其运动状态。他虽然没有明确使用“惯性”一词,但已经抓住了其核心思想。
- 笛卡尔的表述:笛卡尔是第一位清晰、完整地表述惯性定律的思想家,他将其作为其机械论哲学的基本“自然规律”之一。
- 牛顿的奠基:牛顿将惯性定律作为他的三大运动定律之首,使其成为整个经典力学体系的逻辑起点。
- 第一定律:在没有外力的情况下,物体将保持静止或做匀速直线运动。
意义与影响
- 重新定义自然状态:惯性定律将“匀速直线运动”提升到与“静止”同等的地位,它们都是物体不受外力时的“自然”状态。这彻底改变了“运动需要力来维持”的千年古训。
- 为地动说扫清障碍:惯性概念完美地解释了为什么我们感觉不到地球的运动,以及为什么天上的云和脚下的地球能够“同步”运动。大气层、海洋和我们自身都因为惯性而分享着地球的运动。
- 催生动力学问题:既然直线运动是自然的,那么天体为何会做曲线运动(如行星的椭圆轨道)?这个问题直接引出了对“力”(即万有引力)的需求,从而催生了动力学的诞生。