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【物理科普】苍蝇与牛顿

[字体: ] [ 中学生科技网 | 时间:2009-08-12 00:22 ]

     ——任何物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。…………惯性定律 
     牛顿第一定律的证明理论上是不可能的,因为定律所提的条件“不受外力的作用”这是不可能达到的,严格地说这说不争的事实(即使在失重和真空的宇宙中,我们也时时刻刻受到其他行星和未知物质的万有引力的作用)。 
     可是,从牛顿第一定律的发现过程中我们也会发现这样一个事实——近似的处理(次要因素的忽略)是相当必要的。我们知道伽利略当初从小车和斜板的实验(经典实验)中的出了牛顿第一定律的雏形(牛顿对于惯性定律的提出就很受伽利略的研究的影响)——要是能找到一块十分光滑的平面,阻力为零,小车的滑行速度将不会减慢。在试验的过程中,小车是在一个板上的,除了考虑到水平方向上空气的摩擦力和板车之间的摩擦力,一个不争的事实是小车放在板上,受到地球重力还有板的支持力,当让这就是一种次要因素的忽略,因为对摩擦力假设为零的假设下,重力和支持力也存在着,但依照力学知识我们了解到合外力为零时物体的状态与不受力的情况下相同,所以在减少水平摩擦力(板车和空气车间的)的条件下车的运行速度受到削减的就越少越慢,车子就前进的愈来愈远,理想到水平阻力为零的情况下,伽利略就提出了:小车将会速度不变地运动下去。 中学生科技网 http://www.zxskj.com
     所以,在理论上我们不可能严格地对牛顿第一定律进行证明,但是在做了一些近似的处理后,我们却还是可以对惯性定律进行不严格地证明。例如:我们可以利用现在的高新材料的研究做出摩擦力极小的非常光滑的板,然后在一个长的可以的这样的板上再次上演伽利略的经典实验来不完全验证它。但我们都可以清楚的看到,这种做法除了费工费时操作起来很不容易之外,而且还是没有太大的说服力。 
     这里我们提供了一个非常直观易行的实验方案来对牛顿第一定律进行不完全的直观的证明(当然,只是对初学惯性定律者提供一种对先哲经典定律的直观感受)。
其实这个实验也并非什么严格的操作,而是一个生活中常见的现象。从这个现象中我们可以对惯性定律进行直接的体验。 
     实验条件:高速公路上匀速行驶的汽车中有一只苍蝇。完成。就这么简单,苍蝇在车中飞来飞去(为了证明的较为严格,我们尽量选择与汽车前进方向垂直方向飞行地苍蝇,就是说苍蝇从你面前直线飞过),试想让汽车以非常高的速度行驶的话,在苍蝇从你面前直线飞过时,它已经是在汽车前进方向上拥有了与汽车以一样的高速度,如果惯性定律是不成立的,那么以苍蝇的小小身体又怎么能够使身体达到一个很高的水平并且还要维持一段时间(从生物学来说,它不可能有足够的ATP)。如果是这样的话,那这能说明一个问题:苍蝇维持这样的高速向前运动是不费力的,也就是不需要什么外力来维持它的高速向前的运动(即使是空气如果只考虑汽车运行方向的话,也是不会对苍蝇有摩擦力的作用的,因为车内的物体都共速即相当静止)。也即:总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。 中学生科技网 http://www.zxskj.com
     其实,我们不妨弄个只能上下喷气的小飞行器(即人造苍蝇),用手抱着,等车子在高速公路上到达稳定速度后,再让它竖直飞起并悬空在某个位置,这样我们就不需要再去找那只沿直线飞过面前的苍蝇了,并且这样一来它就只参与车子方向的运动了,能够更好的证明定律。


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