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梅乐芝经理的科普文章 (六)(1/3)

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第6节力与惯性

前面几节,介绍了不同的力。力总是作用在某物体上,为了衡量力对物体的作用关系,需要对力的大小进行度量。而进行度量,则需要制定标准。前面我们给出了长度,温度的标准。现在要给出力的标准,但力是依附并作用在物体上,所以先要制定物体的标准,即物体如何体现自身存在的标准。

对象在外因作用下,发生某些状态变化。对象体现自身存在的标准,就要体现抵抗外因的能力。那么定义对象的标准,就必须能衡量在外因作用下,对象保持原状态的能力大小。换而言之,与原状态相似程度大小。总之是衡量对象维持原状态的能力。现在我们把这个标准,称为惯性。

我们看到,惯性定义是泛定义,并没有具体到某个特定对象。而惯性是和外因一同出现的,不存在没有外因对应的惯性。这样就建立外因与惯性的固定结合,这种结合可以称为模式。只要在使用前作出说明,你也可以命名结合为任意想到的名字。实际中,我们总是直接定义好惯性,其中蕴含着对应的外因。

对象是某物体,外因是力,此时惯性是反映对力的抵抗能力,这就是通常狭义的惯性定义。对象是物体的温度,外因是热量,惯性就是反映温度对热量抵抗能力,命名为热惯性。对象是人的思维,外因是其他人的不同看法或思维方式,惯性就是人对不同看法的不接受程度,命名为固执。外因是不熟悉的情况,惯性是依然按照熟悉情况对待,命名为创造力缺乏。对象是人身体的健康,外因是疾病或不良状态,惯性就是身体对疾病的抵抗能力,命名为抵抗力。

对于力为外因对应的惯性,使用质量衡量其大小,用英文字母表示。现在我们谈论某物体的惯性,就可以用此物体的质量是多少来表述。这里是首次使用质量,前面对物体的描述中,使用重量描述!重量是地球对物体的引力大小,不是惯性的大小。当物体离地球很远时,引力就很小了。但是惯性不变!质量是物体内在属性,重量是物体在地球特定环境下受的力。在我们日常生活环境中,重量和质量在数值上有固定关系,以至于经常使用质量的单位来描述重量。比如买了2公斤(4斤)苹果,或者使用重量来代替质量。在前面我们引入密度时,使用的就是重量来代替质量。密度是一定体积内的质量,而不是重量。事实上我们在描述大小时,所有的重量都采用质量单位来描述。我们重新描述密度:

密度(希腊字母)/体积(v)

所有物质中密度最大的是金属锇(带臭味的金属),224克/立方厘米

当物体的惯性概念引入后,所有涉及物体的概念就可以描述完备了。前面提出热量的单位:卡,1卡是1克水升高1摄氏度所需的热量。与密度概念类似,可引入热密度概念,称为比热。热量与质量及温度都相关,描述如下:

比热(c)=热量(j)/[质量]

水的比热就是1卡/(克c),是所有物质中最大的。

在涉及人的思维世界时,就很难用这样精确的数值来描述。我们无法用什么公式或数值精确描述固执、创造力、抵抗力。当然可以给出一些评估数值,但这些与物理世界无关。

力的基本单位是牛顿(n),以英国人牛顿的名字命名,因为他最早精确描述了力及其规律。使用熟悉的重量和质量对应来描述力的大小更易直观感知。在地球表面,1kg的物体重量是98n。粗略计算时,可当10n来对待。在讨论杠杆原理时,曾给出了1000斤力气这样描述。这对应的就是500kg,或5000n。

牛顿最著名的推理就是万有引力定理。宇宙万物相互之间都有引力,仅仅是大小和方向不同。在地球这个局部环境下,就是重力。

思考:

1日常生活中重量使用质量的单位来描述,会带来一些混乱。比如有人问1kg铁和1kg棉花,那个重?当1kg是对应重量,是描述力的时候,那么自然完全相等。如果1

(本章未完,请翻页)kg是对应质量时,那么重量大小会涉及很多因素。如果铁和棉花都在同一位置称重,按理重量完全相同。但体积不同,收到空气浮力不同,造成测量的重量不同。同时称重的手段不同结果也不一样。使用杠杆原理的秤,其实是质量比较(因为区域非常小,可以认为地球对物体的作用效果不变),并不是测量力的工具。如果使用类似弹簧秤的工具,测量力本身大小的话,在地球不同同一位置称重,结果完全不同。而原问题中根本没有提及是否在同一位置测量,采用何种测量方式。那么条件缺乏,需要我们自己填补空白。这种方式不是严格的物理推理方式。这个最终这个比较结果无法确定。当问题的提问形式变化时,变成,我们可能又认为是比较质量大小。问题的自然语言中描述有很多含糊的地方,因此要用物理概念精确给出,避免含糊的提问。在学习自然规律时,原因和结果之间经常出人意料。直接给出结果(比如重量值),经常是理想中的原理分析。给出原因求(测量)结果(给出质量求重量),有大量细微的因素影响结果。如果仅仅是粗略地进行,只为了解原理的话,可以忽略这些。但精确进行测量分析时,所有的影响因素都必须考虑在内,如果这些因素对原理造成干扰的话,要设法消除这些干扰因素。这就是从理论到实验的思维转变

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