慣性定理也叫牛頓第一定理_慣性定理的構(gòu)建過(guò)程
慣性是指物體不受外力作用時(shí)，保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性。人們對(duì)于慣性這一認(rèn)識(shí)有賴于慣性定理的完善，而它則借助于對(duì)于力的認(rèn)識(shí)以及分辨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的認(rèn)識(shí)，這一點(diǎn)在人類熟悉發(fā)展史上經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)光。
一、亞里士多德的學(xué)說(shuō)和貢獻(xiàn)
在人類思想史上，兩千多年前法國(guó)的哲學(xué)家亞里士多德的學(xué)說(shuō)無(wú)疑地起過(guò)廣泛的影響，但是他關(guān)于數(shù)學(xué)學(xué)的闡述，許多都是錯(cuò)誤的。他把物體的運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。他覺(jué)得圓周是建立的幾何圖形牛頓第一定律最開(kāi)始是誰(shuí)，圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)于所有恒星都是天然的，因此是自然運(yùn)動(dòng)；另外，月球上的物體都具有其天然位置，重物趨向向上，輕物趨向向下，如果沒(méi)有其他物體阻撓，物體力圖回到天然位置的運(yùn)動(dòng)也是自然運(yùn)動(dòng)；其他所有方式的運(yùn)動(dòng)則都是強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)。他還因而強(qiáng)調(diào)，關(guān)于物體的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)，只有在外力的不斷作用下才會(huì)發(fā)生；當(dāng)外力的作用停止時(shí)，運(yùn)動(dòng)也立刻停止。從這兒可以看出亞里士多德肯定了兩點(diǎn)：一，自然運(yùn)動(dòng)不涉及曳力的問(wèn)題，只有強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)才存在力的問(wèn)題；二、力是物體強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的誘因。從昨天來(lái)看，這也許是錯(cuò)誤的，但是它禁錮了人們近兩千年。
亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的認(rèn)識(shí)是：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由牛頓第一定律最開(kāi)始是誰(shuí)，有力就有運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力就沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。即使如今我們曉得這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，但亞里士多德在動(dòng)力學(xué)方面給我們的最大貢獻(xiàn)是：他第一次提出了力與運(yùn)動(dòng)間存在關(guān)系的論據(jù)。不是有一句話嗎？不怕做不到，就怕想不到。亞里士多德想到了力與運(yùn)動(dòng)之間應(yīng)當(dāng)存在關(guān)系，這就是他對(duì)動(dòng)力學(xué)的貢獻(xiàn)。
二、伽利略的學(xué)說(shuō)和貢獻(xiàn)
伽利略開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)和理智思維相結(jié)合的近代化學(xué)研究方式，并用于研究物體的運(yùn)動(dòng)。他對(duì)于亞里士多德關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的粗糙的日常觀察、抽象的猜想玄想和輕率的思辨推理非常不滿，他通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理得到許多正確的結(jié)果，總結(jié)在他的專著《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》和《關(guān)于熱學(xué)和運(yùn)動(dòng)兩門新科學(xué)的對(duì)話》。伽利略在研究物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)覺(jué)當(dāng)球從一個(gè)斜面上滑出來(lái)又滾上第二個(gè)斜面時(shí)，球在第二個(gè)斜面上所達(dá)到的高度與從第一個(gè)斜面上開(kāi)始滑出來(lái)時(shí)的高度幾乎相等。于是伽利略判定高度上的這點(diǎn)微小差異是因?yàn)槟ゲ炼纬傻模热裟軐⒛ゲ镣耆コ脑挘叨葘⒄孟嗟取Ｖ螅M(jìn)行了推論：在完全沒(méi)有磨擦的情況下，不管第二個(gè)斜面的傾斜角多么小，雖然放平了，小球也“想”運(yùn)動(dòng)到原先的高度，于是只得永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去了。
通過(guò)這個(gè)推論，伽利略意識(shí)到雖然沒(méi)有力物體也可以運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)他把這個(gè)觀點(diǎn)給他人講解并企圖讓他人接受時(shí)，卻遇見(jiàn)了阻力，雖然亞里士多德的觀點(diǎn)早早已深入人心。于是，伽利略設(shè)計(jì)了眾所周知的斜面滾球理想實(shí)驗(yàn)。也就是說(shuō)，他是為了讓他人信服自己的看法，才設(shè)計(jì)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：
第一步：從斜面兩側(cè)由靜止?jié)L下的小球，若沒(méi)有任何磨擦，在另左側(cè)斜面中將達(dá)到原先的高度。這是一個(gè)你們都還能接受的事實(shí)，可以把它當(dāng)作一個(gè)公理；
第二步：還是沒(méi)有磨擦，把另左側(cè)斜面近似放平，為了達(dá)到原先的高度，小球?qū)⒔?jīng)過(guò)更長(zhǎng)的距離。這也是經(jīng)過(guò)推理你們都能接受的一個(gè)推論；
第三步：假如將另左側(cè)斜面完全放平，貼著地面，物體將怎樣？
被提問(wèn)的人肯定在前兩步的基礎(chǔ)上得出：小球?yàn)榱嘶氐皆鹊母叨龋瑢⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。
到這兒，伽利略的觀點(diǎn)才被他人“不得不”接受。但接出來(lái)伽利略錯(cuò)誤地覺(jué)得，因?yàn)樾∏驅(qū)㈨樦@個(gè)貼著地面的軌道永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，而月球是球狀，因而，它將繞月球一周以后再回到水平面上的出發(fā)點(diǎn)。
伽利略的思想無(wú)疑地比他的師姐前進(jìn)了一大步，他熟悉到不受其他物體的作用，物體可以永恒地運(yùn)動(dòng)，這早已很接近慣性定理，而且伽利略還沒(méi)有甩掉亞里士多德的影響，他所說(shuō)的水平面是和月球同心的球面，也就是說(shuō)，那個(gè)不受其他物體作用的物體的永恒運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，因而我們還不能說(shuō)伽略發(fā)覺(jué)了慣性定理。
伽利略的貢獻(xiàn)在于他提出了磨擦是影響物體運(yùn)動(dòng)的緣由，沒(méi)有磨擦物體將在水平面上永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)。更重要的是他認(rèn)識(shí)到要驗(yàn)證一個(gè)推論是不是正確可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行。他第一個(gè)走出“直觀觀察才能得出推論”的誤區(qū)，提出了借助實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己觀點(diǎn)的科學(xué)研究方式。
三、笛卡爾的學(xué)說(shuō)和貢獻(xiàn)
最早清楚敘述慣性定理并把它作為原理加以確定的是笛卡兒。笛卡兒是唯理論哲學(xué)家，他企圖完善起整個(gè)宇宙在內(nèi)的各類自然現(xiàn)象都能從基本原理中推演下來(lái)的體系，慣性定理就是他的體系中的一條基本原理。他在他的《哲學(xué)原理》一書中把這條基本原理敘述為兩條定理：一、每一單獨(dú)的物質(zhì)微粒將繼續(xù)保持同一狀態(tài)，直至與其他微粒相撞被迫改變這一狀態(tài)為止；二、所有的運(yùn)動(dòng)，其本身都是沿直線的。但是笛卡兒沒(méi)有構(gòu)建起他企圖完善的那個(gè)能詮釋出各類自然現(xiàn)象的體系，其中許多是錯(cuò)誤的，不過(guò)他的思想對(duì)牛頓的綜合形成了一定的影響。
笛卡兒首先提出任何改變都是有誘因的，物體要改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就必須有外力的影響，沒(méi)有外力的影響，物體就保持直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。注意，此時(shí)笛卡兒的觀點(diǎn)早已前進(jìn)了一大步，他意識(shí)到：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因。他還從他物理家的角度理解了伽利略所覺(jué)得的小球?qū)⒀卦虑虮砻孀詈笤倩氐剿矫嫔铣霭l(fā)點(diǎn)的推論是錯(cuò)誤的。由于在不受外力的情況下，物體只能做直線運(yùn)動(dòng)，而不可能做曲線運(yùn)動(dòng)。
笛卡兒的貢獻(xiàn)在于他第一個(gè)認(rèn)識(shí)到力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因。
四、牛頓慣性定理的構(gòu)建
牛頓1661年步入劍橋?qū)W院學(xué)習(xí)亞里士多德的運(yùn)動(dòng)論，1664年他從事熱學(xué)的研究，甩掉了亞里士多德的影響。他繼續(xù)了伽利略注重實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的研究方式，他也繼續(xù)了笛卡兒的研究成果。他深入地研究了碰撞問(wèn)題、圓周運(yùn)動(dòng)以及行星運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題，澄清了動(dòng)量概念和力的概念。1687年出版專著《自然哲學(xué)的物理原理》，以“定義”和“公理，即運(yùn)動(dòng)定理”為基礎(chǔ)構(gòu)建起把天上的熱學(xué)和地上的熱學(xué)統(tǒng)一上去的熱學(xué)體系。慣性定理就是牛頓第一定理，敘述為“所有物體仍然保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非因?yàn)樽饔糜谒牧Υ偈顾淖冞@些狀態(tài)。”慣性定理真正成為熱學(xué)理論的出發(fā)點(diǎn)。
牛頓十分坦率，他覺(jué)得自己之所以總結(jié)出牛頓第一定理是由于站在巨人脖子上的緣故。這雖非一定道理，但掩藏不了他的貢獻(xiàn)：他將對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的探究在后面兩位的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。他覺(jué)得保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是所有物體的固有屬性（就是慣性），直至有外力的作用，它就會(huì)改變這些狀態(tài)。
牛頓的貢獻(xiàn)在于他提出了保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)是物體的固有屬性的觀點(diǎn)，以及從中得出的慣性參照系的概念。
依據(jù)慣性定理，物體具有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性，這些屬性稱為慣性。除了靜止的物體具有慣性，運(yùn)動(dòng)的物體也具有慣性；物體慣性的大小用其質(zhì)量大小來(lái)評(píng)判。至此，人們對(duì)于物體慣性的認(rèn)識(shí)達(dá)到第一階段比較健全的程度。自此，人們對(duì)于運(yùn)動(dòng)中的種種慣性現(xiàn)象都能挺好地理解；在實(shí)際中設(shè)計(jì)出種種借助慣性惠及和避免慣性傷害的舉措。
慣性定理也叫牛頓第一定理_慣性定理的構(gòu)建過(guò)程
