初中物理反常識(shí)解析：牛頓定律揭秘物體運(yùn)動(dòng)奧秘

在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，許多小朋友可能會(huì)感到困惑——因?yàn)楸姸辔锢硪?guī)律往往與我們的直觀感受相悖。從本期起，物理王大師將帶領(lǐng)大家探討初中物理中的一些“反常識(shí)”現(xiàn)象。

第一問(wèn)：物體不受力也能運(yùn)動(dòng)嗎？

關(guān)于物體的運(yùn)動(dòng)，并不需要力的持續(xù)作用。這不是我個(gè)人的觀點(diǎn)，而是伽利略的觀點(diǎn)，牛頓也認(rèn)同這一說(shuō)法。

牛頓的第一定律指出：任何物體都將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非有外力迫使它改變這種狀態(tài)。

換句話說(shuō)，如果一個(gè)物體已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)中，在沒有受到力的作用下，它會(huì)按照原來(lái)的速度和方向永遠(yuǎn)持續(xù)下去。例如，在下面的實(shí)驗(yàn)中，從斜坡上下滑的小車如果失去了所有阻力，它將會(huì)無(wú)休止地運(yùn)動(dòng)。

這確實(shí)有些“反常識(shí)”，因?yàn)槲覀兺ǔＵJ(rèn)為如果沒有施加力，物體會(huì)逐漸停下來(lái)。比如，踢出去的足球會(huì)慢慢停下；熄火后失去牽引力的汽車也會(huì)停止。

需要注意的是，力的概念非常廣泛，不僅包括動(dòng)力，摩擦力和空氣阻力也屬于力的范疇。亞里士多德正是因?yàn)闆]有將阻力視為力，才導(dǎo)致了“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，這讓他受到了“打臉”。在中國(guó)空間站《天宮課堂·第2課》中，航天員王亞平進(jìn)行了一個(gè)“太空拋物”實(shí)驗(yàn)，其中被拋出的冰墩墩失重，僅受到微小的空氣阻力，因此被拋出后幾乎是以勻速直線運(yùn)動(dòng)。

然而，從常識(shí)的角度來(lái)看，亞里士多德的觀點(diǎn)似乎更符合常理。因?yàn)榈厍虮砻娴奈矬w都受到重力的影響，而阻力為零的情況很難實(shí)現(xiàn)。所以失去動(dòng)力的物體總是會(huì)被阻力影響而停下來(lái)。這個(gè)理論被信奉了近2000年，直到伽利略和牛頓的出現(xiàn)。

現(xiàn)在的孩子們非常幸運(yùn)，在學(xué)完初中物理的牛頓第一定律后，可以輕松地笑對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)。

第二問(wèn)：慣性大小與速度大小有關(guān)嗎？

物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)被稱為慣性，因此牛頓第一定律也稱為“慣性定律”。很多人都知道慣性現(xiàn)象，比如汽車突然加速時(shí)人會(huì)后仰，汽車突然剎車時(shí)人會(huì)前傾。

如果問(wèn)：以1m/s、10m/s兩種速度直線行駛的車，哪種情況下車?yán)锏娜藨T性大？

你可能首先會(huì)想到：速度快的物體慣性肯定大，因?yàn)檐囁僭娇旄y停下來(lái)。但實(shí)際上，慣性的大小只取決于物體的質(zhì)量，與速度無(wú)關(guān)。

之所以會(huì)產(chǎn)生“速度大，慣性大”的錯(cuò)誤觀念，是因?yàn)闆]有正確理解慣性的概念。簡(jiǎn)而言之，慣性是物體維持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，或者說(shuō)，慣性表現(xiàn)為物體對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種阻抗程度。

1m/s的車容易停下來(lái)，10m/s的車不容易停下來(lái)，但這并不能說(shuō)明后者慣性大，因?yàn)檫@樣的比較并不公平，因?yàn)樗鼈兊某跏妓俣炔煌?/p>

如果一定要比較，讓1m/s的車減速到0，10m/s的車減速到9m/s，這樣才公平。同一輛車，改變其速度的困難程度是一樣的，也就是說(shuō)慣性是一樣的。

慣性是物體的固有屬性，而慣性大小的唯一量度就是質(zhì)量。

第三問(wèn)：重力等于萬(wàn)有引力嗎？

重力等于地心引力嗎？

如果你查閱英文詞典，你會(huì)發(fā)現(xiàn)重力和地心引力都被翻譯成了“Gravity”。但實(shí)際上，物體的重力并不完全是由地球的吸引力產(chǎn)生的。

在教科書中，重力的定義是這樣的：物體由于地球吸引而產(chǎn)生的力。這個(gè)說(shuō)法很巧妙，因?yàn)樗]有將重力和引力劃等號(hào)。更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f(shuō)，重力應(yīng)該是地心引力的一部分。

地球上的物體隨著地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)需要一個(gè)向心力，否則物體早就被甩出去了。而地心引力提供了向心力，剩下的那部分引力就是重力。

由于地球上不同緯度的線速度不一樣，向心力大小也不一樣，所以同一個(gè)物體在不同位置，質(zhì)量是不變的，但重力有可能改變。比如，物體在赤道附近，所需向心力更大，所以重力最小；在南極點(diǎn)或北極點(diǎn)的物體，并不隨著地球旋轉(zhuǎn)，向心力等于0，重力最大。

PS：地球不同位置，重力加速度不同的原因除了向心力的影響，還有地球形狀的影響。

盡管如此，地球表面的物體重力和地心引力的差別并不大。但在外太空，這個(gè)差別就大了：比如，空間站里的航天員處于失重狀態(tài)，您能說(shuō)他們沒有受到地球吸引嗎？顯然不能，要不然他們?cè)缇惋w出太陽(yáng)系尋找三體人了。

(責(zé)任編輯：佚名)