Question

为什么惯性系中的物体会受力？

Answer 1

在运动学的研究中缺不了牛顿力学的知识，而牛顿力学是有局限性的，在牛顿力学中所有物体的参考系都是地面，同时牛顿也提出了惯性的概念，说‘一切物体在不受力时，做匀速运动或静止’而事实上却非如此，有常识的人都知道如果在匀速运行的火车中的桌面上放一个小球，当火车突然作匀减速运动时，小球会在桌子上向前做加速运动，如果假设桌面是光滑的，小球在水平面没受力，但在水平运动起来，这就与牛顿说的‘一切物体在不受力时，他做匀速运动或静止’相悖了，难道是牛顿定律错了，其实不是这样。在这个问题上就产生了参考系的问题，爱因斯坦在相对论中解决了这个问题，讲出了物体运动的相对性，其实这就是惯性参考系与非惯性参考系的问题，在前面已经说了牛顿力学的参考系都是地面，所以用牛顿定律解决问题就应参考地面，像上述中的小球它相对于车是加速的，但相对于地面就是匀速的了，你可以想以地面为参考系时，牛顿定律适用，再观察小球，可得在光滑水平面上的小球在水平面不受力，所以可得小球是匀速的，或也可以这么想物体因为惯性要保持原来的运动状态，但车减速，所以小球才会动，是因为车速小了，但小球的速度还是没变，这就是从惯性参考系考虑，之所以叫惯性参考系在于，牛顿力学中有个惯性的概念，且不把惯性归为力。以桌面为参照物时，为使牛顿定律仍然有效，仍然是正确的，所以我们就说在车中的小球在非惯性系中受到了一个惯性力，惯性力是为了使牛顿定律正确而提出的，使牛顿所说的‘一切物体在不受力时，他做匀速运动或静止’是正确的，在情境中正是受了一个惯性力才动的，这个力的方向与小球的加速度方向相同。但在惯性系中，小球就是静止的，且没惯性力这一说。

在升降机的事件上，也可以发现这个道理，人站在升降机中与升降机一起作加速运动，在惯性参考系中，以地为参考系会发现人是做加速运动的，但在电梯内人却是静止的，从非惯性参考系中分析，一个做加速运动的物体，现在是静止，则说明有一个力与提供加速度的力抗衡，使物体平衡，可以静止，这个力就是惯性力