Phi:有一个常识性现象我始终没有弄懂,你应该懂。我坐在专车后排看手机,车开得很平稳。突然,司机急刹车,我感觉仿佛被人从身后用力推了一把,身体猛烈前冲撞到前排座椅,手机也甩了出去。你告诉我,是谁在推我!?
Phy: 没有谁,是惯性使然,可用惯性力给出物理学解释。你高中物理一定逃课了吧。
Phi:惯性力?是惯性力在推我?我高中物理的确没学好,但有一点我还是知道的,力必然有施力方和受力方。那么,这个惯性力的施力方是谁?是什么将这个惯性力施加于我?
Phy: 真的没有谁。惯性力是一种假想力,不是实在力。物理教科书讲得很清楚。例如,,
刘克哲、张承琚老师在《物理学(第四版)上》一书中写道“在非惯性系中牛顿运动定律不成立,所以不能直接用牛顿运动定律处理力学问题。若仍然希望能用牛顿运动定律处理这些问题,则必须引入一种作用于物体上的惯性力。”
赵凯华、罗蔚茵老师在《新概念物理教程》一书中写道“为了弥补这个(牛顿力学)缺陷,我们引入了“惯性力”这个概念,在处于非惯性系中的物体上人为地加上一个与该非惯性系数值相等,方向相反的加速度,因为这个“加速度”是由于惯性引起的,所以将引起这个“加速度”的力称为惯性力,这样小球的运动就又符合牛顿第二定律了。上述的惯性力不是由物体的相互作用引起的,而是在非惯性系中能沿用牛顿定律而引入的“假想力””
“惯性力不是由物体的相互作用引起的,而是在非惯性系中能沿用牛顿定律而引入的“假想力”。”
漆安慎、杜婵英老师在《普通物理学教程 力学》一书中写道“因为惯性力实际上并不存在,实际存在的只有原本将该物体加速的力,因此惯性力又称为假想力。它概念的提出是因为在非惯性系中,牛顿运动定律并不适用。”
“无论是在惯性系还是非惯性系,都能观测到相互作用力,但只有在非惯性系中才能观测到惯性力”
杨维纮老师在《力学和理论力学》一书中写道“那么,第二个式子可以写成F+FI=0。观察该式会发现,我们新定义的FI仿佛是一个新加入的与F相平衡的力,令物体处于一种“合外力为零”的“平衡”状态。这并不是真正的平衡状态,因为FI并不是通常意义上我们所说的“物体与物体之间的作用力”。它没有施力物体,也找不到对应的反作用力。
Phi:我国教育界的这些著名物理老师讲得很专业,也很好,但尚不足以消除我对这个问题的疑虑。我的专车急刹车,产生一个与前进方向相反的减速加速度,同时使我获得了一个前冲加速度。我获得的这个前冲加速度是不是真实的?
Phy: 当然是。
Phi:你告诉我的,我的这个前冲加速度是由惯性引起的,可用惯性力描述。这些老师们在书中告诉我惯性力是一种假想力,是为牛顿定律适用于非惯性系而人为引入的一种非真实的假想力。力是改变物体运动状态(产生加速度)的原因。那么,一种非真实的假想力可以产生我那个真实的前冲加速度吗?
Phy: 非真实的惯性力当然不能产生物体的真实加速度,你的那个前冲加速度是由惯性引起的。为了使用牛顿力学描述这种物理现象,我们引入非真实的惯性力,是理论描述的需要,仅此而已。
Phi:物体保持静止或匀速运动的性质是惯性。我随专车做匀速运动,司机急刹车导致我的运动状态由匀速运动改变为加速运动,这种运动状态的改变一定是受到到了一种真实力的作用,不是吗?这不是简单地用惯性就可以敷衍过去的,更不可能是我的这种运动状态的改变缘于一种非真实的假想力。难道惯性是通过一种非真实的假想力使我获得那个真实的前冲加速度的吗?这也说不通啊。我是不是应该这样理解:真实的力一定产生真实的加速度。既然我那个前冲加速度是真实的,那么这个前冲加速度就应该也必然对应于一种真实的力,这种真实的力应该就是惯性力。我斗胆进言一句,你们物理学家疑似误解了惯性力的性质!
Phy: 但我们找不到惯性力的施力方,不知道惯性力是由何方神仙施加给物体的。没有真实的施力方,又哪来的真实力呢?
Phi:找不到?找不到不等于没有。找不到?你们物理学家可以继续去找啊。万一找到了呢。
Phy: 你和UPHY的作者一样执着。你说得对,找不到不等于没有,应该继续深入研究和探索。我也一直认为惯性力是一种假想力,自然也不可能存在惯性力的施力方,直至我看到UPHY原理和方程项下No.23惯性力的物理实在性 和 No.58八种基本作用力统一表述。我现在可以告诉你,是“谁”在推你。
Phi:是谁?
Phy: 是加速度等效质量,是加速度等效质量施加了对你的作用力(第一惯性力)并同时产生了你的那个前冲加速度。所谓的惯性力实际上正是对第一惯性力的反映。我还可以告诉你,惯性力是一种真实力,具有物理实在性。我现在正式接受你的意见并承认:作为一名理论物理学家,我以往误解了惯性力的性质。