Question

一道物理题引起的深思，一个关于物体平衡的问题！

物体平衡是根据牛顿第一定律来定义的，即物体不受外力或所受合外力为0，物体保持静止或匀速直线运动。
而牛顿第一定律被称之为惯性定律，它是被确立在惯性参照系下的一个定律。然而，何为惯性参照系？满足牛顿第一定律的参照系就是惯性参照系。显然，这里的定义是一个互相证明的逻辑，也就是说，惯性参照系不是绝对的！通常，我们都是以地球参照系作为既定参照系，这是习惯；在地球上，地球参照系也是惯性参照系，也满足牛顿第一定律，但是，当我们把目光放大，在火星，在木星，地球参照系就是非惯性的了。那么，原先在地球参照系上被定为已经平衡的物体，或许它就不平衡了……
举个简单的例子：匀速圆周运动是不平衡的，匀速直线运动是平衡的；在一条笔直的高速公路上匀速行使的汽车，在地球参照系里，它是平衡的；然而脱离地球，我们可以看到，实际上汽车是在做一个匀速圆周运动，它有离心力，也就是说汽车在运动的时候对地面的正压力要小于它静止的时候！同样的例子，在一列火车中匀速直线前进的人，他是平衡的，但是如果火车现在在加速，在地面上的人看着他就不是平衡的了……
那么，有一个物理题，说的是一汽车匀速驶向一拱形桥梁，有4个答案选项：A汽车受合力为0，B汽车平衡，C汽车机械能守恒，D合外力做功为0。该选哪个答案？昨天我选了AB，因为毕业有好多年了，高中的物理定义有些生疏，今天特意去翻了一下，昨天边聊天边回答问题，一心两用，结果被无数十个人狂骂……很多人都说选D，D的说法其实很不严谨，物理是一门严谨的科学，谁规定了拱桥的两端一定要在同一海拔高度？既然没有这样的规定，即使是整个过程，你也不能说它机械能守恒合外力做功为0不是？另外，有一个朋友举例说自由落体的时候重力做功了，但机械能守恒。我要说的是，这个说法虽然正确，但是不能用来排除C和D的相关性。重力是保守力，保守力做功，机械能守恒；但是耗散力（比如摩擦力）做功机械能就不守恒！而汽车在桥上能匀速行使，所以摩擦力做功了，那么这和自由落体就失去了比较性！
剩下的AB，诚如之前所言，在地球参考系确实是错的，但是真的把目光放宽，汽车径向上离心力与向心力平衡，切向牵引力、摩擦力和重力的切向分力组合平衡，受力平衡了，那么汽车本身自然也平衡了……就向卫星，如果它的径向力不平衡，那么它要么飞走要么坠毁。在这个问题上，D既然不严谨，和刚才分析一样，我认为它和C都是该排除的，如果不把参考系变换成对地球而言的非惯性参考系，那么，这道题明显可以认为它是没有答案的！！！这里，我觉得有必要呼吁一下高考或者中考出题的老师，不要为了考倒考生而尽出些匪夷所思不合实际或者就是这样一个错漏百出的题目，这简直是对物理学的侮辱！
继续这个问题，希望大家把这个平衡的问题讨论下去……我将在15天之后才关闭问题讨论！

Answer 1

参考系不同，运动的状态和规律就会不同。但是这并不关键，因为参考系的不同并不意味我们对问题的判断结果不同。你说的把参考系换为木星之类，就有参考系的问题。实际上你的问题是“忽略”的问题，即便在地球上，我们仍然可以用实验证明地球不是惯性系。我们平时把地球视为惯性系，是忽略了自转与公转的因素。那么，这种做法是不是不严谨呢？不，我们物理学是以实验来判断是非的科学。你说的在地球上平直轨道上行驶的火车就可以看成一个实验，我们视地球为惯性系，我们可以做出一些判断，这些判断比如什么时候它到了北京还是上海会因为公转和自转出错吗？地球自然不是惯性系，但是处理这个问题上我们可以忽略这个因素，为什么？实验结果说可以。如果我们做傅科摆的实验，那么我们要考虑自转，因为实验说要考虑。你肯定觉得这种做法不好，这没有什么不好，物理学不是空洞的理想主义。
那个题应该选C和D，拱桥的两端是一样高的（当然，确实可以把它修成不一样高，但是那样这道题应该属于脑筋急转弯了）而且速度大小不变，所以选定C。C对D自然就对

Answer 2

中学物理题很多都是假设理想环境的
象楼主你说的桥梁不一定在同一海平面这一点是存在的
不过在一般常识中人的思维是认同在同一海平面的
我们以前做题也都是这样过来的，要是跟他较真的话很多题目还都没有答案

AB是一个概念的，但是既然做匀速圆周运动，重力一部分做向心力
合外力不为零，肯定不是平衡状态
题目没有说忽略摩擦力，有了摩擦力存在机械能也肯定不守恒，也不会是C
至于为什么选D，很简单，汽车动力跟摩擦力平衡，所作的正负功抵消
所以外力做工为零。

Answer 3

研究物理都是通过一个理想的模型来研究，所以这是在没有特意说明的情况下就应该没有摩擦力，而且拱桥因该是一个半圆，所以应该选CD

Answer 4

对于惯性系和非惯性系
惯性系:相对于地球静止或作匀速直线运动的物体.
非惯性系:相对地面惯性系做加速运动的物体.

您的意思是说：古典力学要想知道一个物体的受力状态，必须预先知道它的运动状态，而要想知道一个物体的运动状态，有必须预先知道其受力状态，但由于古典力学无法预先确定两者中的任何一个，另一个也就同样无法确定。

但是，我要告诉您，这个批评很明显地不符合事实，因为这段话的前半部分虽然还看不出有什么错误，牛顿正是由于物体的惯性运动，才判定其受到力的作用的，但后半段则是完全不顾事实的，在谈论这个问题时应以事实为根据。科学的历史告诉我们，在牛顿力学问世以前，人类早已对地球上的物体的运动状态有了基本了解，并建立了相对完善的认识。人们取得如此的成就依靠的并不是力学定律，而是长期的力学实验和数据。人们是在对地球上的物体的运动状态已有了基本了解后才找到牛顿的力学定律的。所以“古典力学对物体运动状态的了解要取决于对其受力状态的了解”这个论断是完全违背事实的。

此外，例子中的汽车脱离了地球它就不再是在惯性系中，而是在非惯性系中了。
另外，事实上是没有离心力这种力的。只能说某物体有离心趋势。因为圆周运动的物体的速度方向是切线方向，所以当其所受合里撤去，或者是它突然不受任何力的时候，它便远离圆心运动。

我同意您说的出题的人越出越离谱。
您说的那种拱桥两边不等海拔是现实中普遍存在的。但是这么多年过去了，我们的教育不还是脱离现实而相对独立的一文字形式出现，并以考试的方式升华的 么？
耐心的等到死掉的时候，我想我们的教育会有这得我瞑目的改进吧。（这么说是因为当亲身经历了新老教材以后，感觉老师还是老师，课本还是课本，学生还是学生，只是课本内容的顺序有了点变化，另外，书费从100多，暴涨到500多！！
汗。。。

Answer 5

恩，有道理，支持君的说法，但值得注意的是关于惯性系的问题我们都知道静止是相对的，运动是绝对的，这句话的意思也许就是惯性系的回答。

对于题目同样适用。