亞里士多德、伽利略、牛頓的千年接力

我們周圍的一切都在變化和運動。怎麼去定義、描述和量化這些運動，曾經讓很多哲學家和科學家們費盡了心思，也無意中掉進了許多的坑，用了兩千多年時間才爬出來。

兩千多年前，以亞里士多德為代表的古希臘哲學家們看到，天界的運動周而復始，具有近乎完美的周期性；但在我們居住的地方，運動趨勢卻相當複雜而混亂。出於對圓周的喜愛，他們認為天上的運動是完美的圓周運動，不需要外力的作用。而在地球上，物質的分布是不完美的。

他們是這樣解釋重力的：土和水的「自然本性」位置在下方，所以重的東西總是往下掉，氣和火的「自然本性」是往上方走，所以輕的東西總往上飄。那麼水平方向呢？亞里士多德認為，如果物體要運動起來，就需要受到力的作用，一旦失去力的作用，物體就靜止下來了——也就是說，力是維持物體運動的原因。

圖片來源：123rf

亞里士多德這個想法似乎很符合生活常識。比如，無論走路還是騎自行車都需要用力，同時，生活中的現象被分為動和靜兩種狀態，動和力相關聯。如今我們知道，亞里士多德犯了一個錯誤，他忽視了一些力的作用，比如無處不在的摩擦力（在天體運動中就不存在摩擦力了）、物體之間的引力。對力的分析是不完全的，因而對運動的理解也不夠準確。

17世紀，伽利略發現了摩擦力的存在。小球在水平面上運動，水平表面越光滑，小球滾動得就越遠。伽利略由此獲得推斷，如果沒有摩擦阻力，球將會永遠滾下去，並且保持速度不變；也就是說，亞里士多德錯了，力不是維持物體運動的原因，力是使物體運動狀態改變的原因。

牛頓進一步考慮了伽利略的發現，總結成了牛頓第一運動定律，也就是慣性定律，提出了運動的慣性參考系：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止。也就是說，任何物體總是傾向於保持靜止或者勻速直線運動狀態，這才是我們今天說的「慣性」。

GIF

有人認為，慣性定律是牛頓第二運動定律中加速度等於0的特殊情況，因此慣性定律是多餘的，其實並非如此。慣性定律的重要性，在於它糾正了歷史上的錯誤「常識」，建立起對運動和力的關係的科學認識。牛頓用慣性定律建立了慣性參考系，在這類參考系中，才可以應用第二、第三運動定律。所以第一定律可以說是牛頓第二、第三運動定律得以存在的前提。

生活中的慣性無處不在。緊急剎車的時候，汽車迅速停下了，但是乘客的身體卻由於要保持高速運動而向前傾；所以需要讓安全帶的力克服身體保持高速前行的慣性。

GIF

亞里士多德忽視了摩擦力，如果真的可以取消摩擦力，也就可以利用慣性了。磁懸浮列車用磁場把列車抬起來，去除了地面和列車之間的摩擦力，因此可以用較少的能量讓列車在慣性作用下保持高速運行。有科學家設想，如果搭建真空隧道，連空氣阻力也取消了，就可以獲得更高的速度。

宇航員在艙外活動時，必須拴上保險繩索。因為真空環境里沒有阻力，一旦脫離飛船，哪怕宇航員速度很低，也會由於慣性一直向宇宙深處飄走。這正是科幻電影《地心引力》描繪的悲劇。

知識點物理八年級下

力可以改變物體的運動狀態。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！