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牛顿第一定律可以休矣——对惯性进行新的探讨

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摘要:牛顿第一定律即所谓惯性定律。它是一个由于没有弄清楚理论对于实践的真实关系,因而对事物、现实、感性,只是从客体的或者直观的形式去理解,而不是把它们当作人的感性活动,当作实践去理解,不是从主观方面去理解。所以结果竟是这样,和唯物主义相反,能动的方面却被唯心主义发展了,但只是抽象地发展了的根本违背物质运动现实的假设。经验表明,承认它、肯定它,我们就必然要走上外因论的错误途径,陷入唯心主义的泥坑。
本文以事实为依据,剖析该定律及其解释的错误,从而引出新的能给予实践活动以指导作用的惯性观点。
关键词:牛顿第一定律 惯性 检验标准 运动滞后力
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正文:今天有人说牛顿力学原理在宏观物体低速运动的这一范围内有效地指导着人们的实践活动,是理论严密体系完整的原理。
事实果真如此吗?
读了某些院校的物理教材对牛顿第一定律的引述及其解释。本人感到:该定律及其解释无论是在理论上还是在实践上都是有问题的,其理论不仅不严密而且脱离实际。为了在自然科学领域内坚持真理、修正错误,本人认为很有必要对其进行深入讨论,分清是非。下面就此谈谈本人的一点看法。
首先我们来看看该定律与牛顿诸定律之间的矛盾。
  该定律教材这样写到:如果不受其他物体的作用力(或者这些力的合力等于零),一切物体都将保持静止或匀速直线运动状态。
  可是没过几页在教材的另外一些地方我们却又读到:F=-f,即两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、同时产生和同时消失、且作用于同一条直线上。——牛顿第三定律。F=G.Mm/R^2——牛顿万有定律,即宇宙一切物体之间总是存在着吸引力,引力的大小与其质量成正比,与其距离的平方成反比。
不须多加一字,仅这三言两语就足于表明:牛顿力学原理与“ 理论严密体系完整”恰恰相反,牛顿第一定律与客观规律是背道而驰的。牛顿第三定律和万有引力定律表明:我们面对着的自然界是一个相互联系着的整体,由于万有引力的存在,地面上的任何物体(仅指力学意义上的刚体而言,以下均同)在没有受到外来推动时,都只能静静的停留在地面上;而物体停留在或运动在地面上给地面一个压力的同时,同样要受到地面的一个大小相等的反作用力。如此,不受其他物体的作用力而保持静止或匀速直线运动状态的物体将存在于地球上的什么地方?反之,如果牛顿第一定律是正确的、是自然规律,那么对牛顿第三定律和牛顿万有引力定律我们又将作何解释?
“或者... ...”。
  教材也看到了这一缺陷。为了克服上述两难局面,使牛顿第一定律与牛顿诸定律和谐起来,教材对该定律进行了修正:牛顿第一定律所说的不受其它物体的作用力,实际上是指作用在物体上的“这些力的合力等于零”的情形。
经过如此修正之后上述矛盾是否解决了呢?不错,经过如此修正之后上述矛盾是解决了。可是这样一来我们却又碰上了另外一个矛盾:这些力—— 哪些力?合力——究竟有多少个力?到底是哪些物体的作用?从这些模糊的观念中下面一点是可以肯定的:既然是合力,那就表明作用在物体上的至少有两个以上的力;否则合力就不过是一句空话而已。在这点确定之后我们就假定为两个力吧。如果其中一个是地面给的作用力,那么就必然同时存在着另一物体所给予的一个大小相等方向相反的作用力。由于这两个力的合力等于零,物体就保持静止或匀速直线运动状态。——推论至此,不由使人产生一种看法:教材在这里谈论的显然是它所不知道的事情。试问:当桌面上的小车因受到两个大小相等方向相反的作用力而保持静止状态时,这是惯性现象吗?又试问:当某人在平地上推着小车匀速直线运动着时,这又是惯性运动吗?而在这两种情况下小车所受到的合力(按教材的说法)不正好是等于零吗?既然是合力等于零,那又为什么不直截了当的肯定下来而却要“或者”呢?显然,“合力等于零”不过是教材为了摆脱上述两难局面而不得不采用的一种似是而非的可怜的遁辞而已;否则就不过是把随随便便遇到的平凡的事物加上一个响亮的名称,把它们也说成是自然规律罢了。



1楼2010-06-06 20:41回复

    问题并没有因为修正而变得清晰一点,相反,混乱是更加加深了。“如果……或者……或…… ”,如此等等,说来说去全是假设和推测。从这些假没和推测中唯一能够确定的事实只有一条:第二种假设与第一种假设相互矛盾,就象第一种假设根本违背物质运动现实,而第二种假设与惯性观念毫无关系一样。
    尽管如此,教材仍然说到:自牛顿第一定律发现以来的三个多世纪中,许多人对它很不理解,甚至对它抱着怀疑的态度。这是什么原因呢?不难猜透,这是因为“长期以来人们形成了一种印象,以为要使小车(物体)匀速直线运动,就必须有外力推动,不去推动它时,它就会停止下来。这种错误的一个根源是没有看到在外力撤去后,小车之所以会停止下来,其实是由于另外一个力(地面给的摩擦力)作用的结果。如果地面十分光滑,小车就会继续运动下去。”①
    就这样,必然发生的事情被认为是纯粹偶然的误会,牛顿不能自圆其说的匀速直线运动状态能够自然存在的假设,在经过教材的生吞活剥之后竟变成了不可置疑的客观真理。在教材看来,物体匀速直线运动是不需要任何外力来加以保持的状态,因此,当以后物体的运动状态有所变化时,就一定是外力作用的结果,这种变化的根本原因不是在物体的内部而是在物体的外部,地面给的摩擦力是物体由运动转为静止的根本原因。这是典型的外因论。唯物辩证法认为,事物运动变化的根本原因在于事物内部,一事物与它事物的相互影响相互作用则是事物运动变化的第二位的原因。物体在撤去外来推动后由运动转为静止的根本原因究竟是什么?对此让我们来看看恩格斯的回答:“且拿我们地球上的一个物体来看吧。它是靠重量和地球联系着,正象地球是靠重量和太阳联系着一样;但是它和地球不同,不能作自由的行星运动。它只有靠外来的推动才能运动起来,而且推动一旦终止,它的运动也就迅速停止,这或者仅仅是由于重量作用,或者是由于重量和该物体借以运动的媒质的阻抗的共同作用。这一阻抗归根到底也是重量的作用,如果没有重量,地面上就不会有任何具有阻抗的媒质,不会有任何大气了。”②在这里,恩格斯以无可辩驳的理由批评了类似教材上述外因论的错误观点,充分肯定了地球上的物体由运动转为静止的根本原因,是物体本身的重量而不是地面媒质的阻抗作用。这是一目了然的。地面光滑程度的改变,能够或多或少改变物体停止下来的时刻,但是却改变不了物体或早或迟一定会停止下来这一必然结果。这是不证自明的。——事情是如此的简单明了,可究竟是什么东西却使教材对牛顿第一定律是如此的盲目崇信,而对为人们的常识所了解的和自己的眼睛所看见过的已经发生过一百次、一千次... ...的事实却又如此的怀疑?!
    当上述纽结还未解开,在教材的另一地方我们却又碰到了另外一个纽结。
      教材一方面说:f=ma,即牛顿第二定律。它表明:物体的加速度与所受到的外力是联系在一起的,如已知物体的初始速度,就能够确定以后任何时刻物体的速度和位置,也就是说物体以后由运动转为静止的时刻和位置是完全可以确定的。可教材另一方面又说:物体具有维持匀速直线运动状态的性质,如果地面十分光滑, 在撤去外力后物体也能继续运动下去。——能运动多远呢?教材没有说。显然其结果是完全不可知的。一个完全可以确定,一个又完全不可知,请问读者应该相信哪一种说法呢?
    以上一切充分表明:作为“理论上”的匀速直线运动和作为事实上的匀速直线运动这一矛盾,在地球上的力学中是无法解决的,它只有在天体的力学中才有可望获得解决。然而,天体间万有引力的普遍存在,又彻底破坏了牛顿第一定律的“ 美好愿望”。——可怜!没有一个科学理论会获得比牛顿第一定律“更好的”命运了:自产生出来后的三个多世纪中没有一刻是在安宁中渡过而不遭到自己的“同胞弟兄们”的冷嘲热讽的。——牛顿既然已经从根本上否定了他自己的假设,那我们还要探求些什么呢?
    


    2楼2010-06-06 20:41
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      2026-01-07 10:13:21
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      如何是好 :
        另外,恩格斯的那段黑体字,点出的是磨擦力与压力的关系,在同质的平面上,压力越大,磨擦力越大。如果是理论平滑,那压力再大,摩擦力也为零。
      胡忠林 :
        关键就在于“理论平滑”有可能实现吗?就像超导的零电阻一样!
      星空葡萄干 :
        第一、因为物质是由粒子构成的,所以理论上不可能“平”。
        第二、粒子之间存在相互作用,所以理论上不可能“滑”。因此,理想的“平滑”也只是在一定的精度上,不是绝对的。超出所需要的精度范围谈“平滑”是没有意义的。
      yunzhu 发表  :
      不管楼主说的对与错,我看保持一种对传统力学理论质疑的态度比书呆子式的"吞枣"效果要好.起码.从楼主的文章里,我们能从更多的方面来理解牛顿的惯性定律.
        哈哈,原来你是在提出你的运动滞后力这个概念.
        不过,从系统能量的角度来探讨这个问题,真有可能对牛顿的力学学说取得实质性的突破也未可知.
      lyq101 [回复]
        ......
        我们有些教材编写的水平确是有限,有的是硬搬,有的是拼凑,(多数是照搬当时国外的同类教材,尤其是前苏联的,这是我猜的,但应该不假)有的甚至让人觉得编者自己都没弄明白,虽然冠以某某大学教研室之类的头衔,这跟我们的教育体系的历史沿革有关,从建国后第一批编教材的人开始,如果有错误就一直错下来了,没人敢去动那些所谓的"经典",后来的修订本之类都是沿袭或照抄,没人愿去冒那个险.于是我们的垃圾教材就这样耽误了很多青年,让他们学得似懂非懂, 哪怕那是一个很简单的道理.
      第19楼 h走出死胡同,找条新路子,支持。
              


      4楼2010-06-06 20:47
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        • 118.119.154.*
        恩恩,对支持5楼啊,我也觉得楼主应该学学高中物理了。


        6楼2010-06-07 23:02
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          • 59.39.182.*
          这样你就只是修改了牛顿体系中“力”的定义
          压根没有触及到牛顿力学
          牛顿力学中力是以作用效果定义的,所以必有第一第二定律,你改成了以作用原因定义。
          所谓“静止或者匀速直线运动”说的其实是一个现象,物体动量不变。
          牛顿1,2,3合起来说的其实就是动量守恒,这个在中学课本上是用牛顿定律导出的,其实不是,这个定律在牛顿之前就完成了(笛卡尔和惠更斯)
          物体之间动量守恒,动量只能由一个物体转移到另一个物体,转移量相等
          牛顿的创见,其实就是把这个转移的动量对时间的微分或者说转移量的速度定义为了“力”,由这个定义和动量守恒,很容易推导出牛顿三定律。
          到了相对论部分,会发现,其实牛顿的问题在于忽略了传递时间,牛顿自己也发现了这点,所以发明了个“超距作用”来解释,但是并不到家。
          所以到了相对论,牛一牛二依然没有问题,需要改的是牛三里面的同时性。


          9楼2010-06-12 14:08
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            我以为又是开大仙呢


            IP属地:广东10楼2010-06-13 00:46
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              我叫madaxian 不叫 开大仙


              IP属地:吉林11楼2010-06-25 12:18
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                • 111.121.64.*
                对人教版高一物理----如何学好高中物理视频的评论。
                在说明洒水车的问题时,老师说洒水车受到的阻力与车重成正比 .可 在解释牛顿第一定律及其惯性时,却把物体运动变化的原因单纯的说成是地面给的摩擦力作用的结果,请问这不自相矛盾吗?在这里究竟哪一种说法 正确呢?
                众所周知,摩擦力=重量x摩擦系数。可是牛顿第一定律及其惯性定义却认为地面摩擦力与物体自身重量无关。对这一显而易见的错误,难道人们还需要继续思考和争论下去吗?
                以上讨论足以表明,汽车——物体由运动转为静止的根本原因,是汽车-物体本身的重量而不是地面给的摩擦力,地面的摩擦作用是一个完全被动的过程。这是一目了然的事情。
                那么,惯性究竟是怎么一回事呢?
                发个简单示意图来说明一下:
                ========== 力
                运动 -------------------
                上图表示一辆汽车〔物体〕受力与惯性运动的整个过程。双线部分表示汽车受力的过程, 单线部分表示汽车运动的过程。根据能量守恒定律可知,两个过程大体相等。
                由此不难看出,惯性并不是牛顿所说的‘物体具有保持其原来的运动状态的性质’,而只是每个物体都具有的(运动与力不同步)运动-滞后力的性质(这类似于电容器的充放电过程)。
                


                12楼2010-07-05 03:41
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                  2026-01-07 10:07:21
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                  • 59.39.182.*

                  摩擦力等于正压力*摩擦系数
                  只是在某些情况下,物体所受重力(也不是重量)恰好会等于正压力
                  牛顿三定律是一体的,基本说的就是动量守恒。
                  每个“外力”和其作用时间相乘,都是一个“冲量”
                  物体一段时间内运动状态的改变,就是这些冲量的和。(这就是第二定律)
                  物体末状态动量,等于出状态的动量和这段时间内所受总冲量的矢量和。
                  物体所受总冲量为0的情况,物体末动量就等于初动量(这就是第一定律)
                  此外,实验验证,物体之间动量守恒,一段时间内,物体之间的冲量转移量互相相等(这就是第三定律)
                  


                  13楼2010-07-05 13:40
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                    • 210.26.48.*
                    写得太多了,我没看出LZ所说的矛盾在那儿,能不能简单的提出问题。


                    14楼2010-07-09 17:43
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                      • 111.121.106.*
                      回复:14楼
                      请仔细想想12楼所说。


                      15楼2010-07-16 23:27
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                        你是研究哲学呢?还是研究物理学?


                        16楼2010-07-21 00:03
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                          你是研究哲学呢?还是研究物理学?
                          --------------------------------------------
                          自然是研究物理学。


                          18楼2010-07-29 21:35
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                            • 119.57.32.*
                            又见一个通篇没有一个物理符号和推导的“物理学”文章


                            19楼2010-08-05 22:57
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