浅谈惯性及其应用

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【摘 要】本文论述了经典力学中惯性概念的建立过程，惯性的本质及其应用。

【关键词】惯性 本质 应用

惯性作为经典力学中的一个基本概念，也是物理学习中最早面临的经典力学概念之一，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性问题也是经常被物理学家提及的一个话题，本文从惯性概念的建立、惯性的本质、惯性的应用对惯性进行了讨论。

一、惯性概念的建立

大家对于惯性的认识有赖于惯性定律的建立，而它则依赖于人们对力及运动的认识，这一点在人类思想史上经历了漫长的岁月。

两千多年前，希腊的哲学家亚里士多德的学说无疑引起过广泛的影响。尽管亚里士多德被奉为圣贤，然而他关于物理思想的论述，在今天看来许多都是不可取的。可以看出亚里士多德肯定了两点：（1）力是物体强制运动的原因；（2）自然运动不涉及力的问题，只有强制运动才存在力的问题。从今天看来，这里显然是错误的，可它却束缚了人们近两千年，直到逐渐被新的见解所代替。

最早清楚表述惯性定律并把它作为原理加以确定的是笛卡儿，笛卡儿在他的著作《哲学原理》（1644年）中把惯性表述成两条定律：（1）每一单独的物质微粒将继续保持同一状态直到与其他微粒相碰撞被迫改变这一状态为止。（2）所有的运动其本身都是沿直线的。笛卡儿是最早把惯性定律作为原理加以确定，并视为整个自然观的基础。牛顿继承了伽利略重视实验和逻辑推理的研究方法，也继承了笛卡儿的研究成果，于1687年出版了《自然哲学的数学原理》以“定义”和“公理，即运动定律”为基础建立起把天上的力学和地上的力学统一起来的力学体系，认识到“任何物体都保持其静止状态或匀速直线运动状态，除非施加外力迫使其改变这种状态”。惯性定律才被完整地表述出来。

根据惯性定律的叙述，物体具有保持其运动状态的属性，称为惯性。惯性是一切物体都具有的性质。为了进一步认识惯性，我们先从惯性的本质来研究。

二、惯性的本质

我们知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。一个物体只要不受外力的作用，它将继续保持它原有的运动状态，原来静止的会一直静止下去，而原来运动的则会一直做匀速直线运动。在这里存在一个值得考虑的问题：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一定律，按牛顿自己的话说是：“每个物体若无外力影响，使之改变状态，则该物体仍保持静止或匀速直线运动的状态”。从这里我们可以看出，任何物体都具有惯性，因而，惯性只是作为存在的一个特征，当它被融入周围环境中时，才在被研究对象中体现出来。这里存在两点：首先，惯性要被体现必须离不开周围环境（即研究对象）；其次，被研究对象的状态改变。也就是说惯性要被体现出来，既被人们所认识需以上两个条件。我们还可以看出，惯性不是一种由个别物体自身所具备的，而是由其表现周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。从这点来看，人们认识惯性应该用更深一层的眼光来看，而对惯性的认识也不应拘泥于一成不变的定理。

总之，不论是宏观物体，还是微小粒子，不论是固体、液体、气体，不论是静止物体，还是运动物体，不论是在地球上，还是在月球上，一切物体在任何时刻任何情况下都具有惯性。物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而，它不是个别存在物的性质，个别存在物只是作为惯性的显现者，惯性的本质即与个别存在物无关，惯性只是作为存在的一种表现而已。

三、惯性的应用

第二次世界大战期间，德国研制出了V-2火箭，从欧洲本土飞跃英吉利海峡，直奔英国首都，在伦敦市区内爆炸了世界上第一枚投入战争的弹道式导弹，该弹道式导弹即是利用惯性制导的原理。

惯性制导，简称惯导，是利用物体的惯性特性来进行制导的一种制导方式。对于惯性制导系统中测量装置来说，其主要测量参数也就是敏感导弹的飞行加速度。目前，导弹上常用的加速仪是线性位移式加速仪如图1所示，

它由质量块﹑支撑弹簧﹑锁定器﹑电位计式传感器﹑壳体等部分组成，连接质量块的两弹簧的轴线方向称为加速仪的敏感轴，该轴与导弹的某个轴平行，以便测得导弹在飞行时沿该轴的加速度。导弹发前，通过电磁锁定机构将质量块固定在某一位置。导弹发后，解除锁定，质量块处于活动状态。当导弹做匀速运动时，其两侧弹簧的拉力相等，质量块处于平衡位置，电位器没有电压输出。当导弹沿图中a方向加速运动时，质量块由于惯性而相对于壳体产生位移，由于弹簧弹力的作用，质量块便平衡于某个位置，导致与质量块相连的电位器的电刷移动了一个距离，电位器上就有电压输出。这样，导弹加速度便经过稳定传递函数的转换通过电压信号被表示出来。惯性制导系统由于具有较强的抗干扰能力和良好的隐蔽性，因此被人们广泛应用于弹导式战略导弹﹑潜艇﹑飞机﹑宇宙飞船等的制导中。

惯性这一普通而平凡的概念曾经引导许多物理学家深入思考和剖析，促进了物理学的重大进展，其中蕴涵着深刻的物理思想和丰富的物理学研究方法，人们对于惯性的认识也由浅入深，达到一个比较完善的程度。从此，人们对于运动中的种种惯性现象都能很好的理解，在实际中设计出种种利用惯性造福和防止惯性伤害的措施。无论从东汉张衡制造的“地动仪”到“惯性秤”，还是从惯性制导到惯性水泵，都是人类利用惯性为人类造福的智慧结晶。

【参考文献】

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