物体维持原有运动状态的属性,我们称之为惯性,其与物体质量的多少紧密关联。换言之,惯性作为一种固有特性,是始终存在的,它的大小与物体是否脱离地球无关。
人们常引用飞机的例子,恐怕是因为生活在有限的地球环境中,我们的认知产生了一种根深蒂固的误区,似乎飞机飞上天空就意味着脱离了地球。但实际上,即便是飞机离开了地面,惯性的作用依然不会消失。我们所发射的航天器,往往会借助地球的自转或公转速度以简化发射过程,说到底,这都是在运用物体的惯性。
接下来,我会尽量用简单易懂的语言来解释一些可能较为枯燥的物理概念。
地球自身就是一个巨大的惯性参考系。与匀速直线行驶的列车相比,它并没有什么不同。事实上,我们所居住的地球就如同一列巨大的“列车”。
乘坐飞机升空的人类,可以比作是在列车上飞翔的昆虫。无论飞行多久,惯性始终存在,与列车速度无关。
所谓的“考虑到列车的速度”,实际上是以一个全知全能的视角来看待问题,因为对于昆虫来说,它不可能知晓列车正在移动。同样地,作为地球的居民,我们在如此庞大的一个惯性系中,如果没有其他外部参照系,我们不可能察觉到地球的移动。这里,我们假定地球是在做匀速直线运动。
这背后的原因何在?
关键在于,在一个惯性参考系中,所有物体相对彼此都是静止的。既然是相对静止,那么我们如何能够感知到地球的移动呢?
除非我们能跳出地球这个惯性系,否则永远无法了解地球的移动(当然,这里仍然假定地球是在做匀速直线运动)。
正如先前提到的昆虫例子,如果将昆虫替换成我们自己,你也无法察觉到列车正在移动。这得在一个理想的状况下,假设列车不发出任何声响,你也看不到窗外的任何事物。此时,你的体验与站在地面上没有任何区别。
这正是我前面所提及的,在一个惯性参考系中,所有物体都保持相对静止,只做惯性运动,直到有外力作用才相对于其他物体发生移动。
其实,这个问题本可以简单明了地回答,只需两个字便可说明一切——“惯性”。然而,出于某些原因,人们往往会不自觉地忽视惯性的影响,误以为飞机一旦升空,原先的惯性就不复存在。
实际上,地球上的所有事物,无论是飞机还是大气层,都是地球这个庞大惯性系的组成部分,它们都随着地球一起自转。
因此,地球上的任何事物本质上都是相对静止的,这就是惯性的表现。想要改变这种惯性状态,必须施加外力。
换言之,在地球这个惯性参考系中,只有当一个物体相对地球做加速运动时,其惯性状态才会改变,从而成为非惯性物体。
例如,原本静止在地面上的飞机,处于相对地球静止的状态。想要改变飞机的状态,必须施加外力,在外力作用下,飞机开始加速,变成了非惯性物体。
而当飞机升空之后,它会形成一个新的惯性参考系。此时,飞机上的乘客成了这个新惯性系的一部分,不再属于地球这个惯性系。
如果飞机一直做匀速直线运动,飞机上的乘客在其中移动,无论是跑动还是跳跃,都不必考虑飞机本身的速度,就如同地球上的飞机不必顾及地球的速度一样。
飞机上的乘客无论如何活动,都不可能通过飞机这个惯性系判断飞机是否在移动,当然,他们的任何行动也不需顾及飞机的速度。
原本只需一句话便能说明的问题,我却不知为何说了这么多。我并不想如此繁琐,但为了更清晰地阐释这一主题,我不得不反复举例。我的目的是帮助大家摆脱一些固有的思维模式。
我们无需总是纠结于是否考虑地球在移动,实际上,我们本不应该知道地球在移动。我们所说的“地球在移动”,其实已经是站在一个全知的视角来看待问题了,这就相当于脱离了地球这个惯性系。一旦离开了地球这个惯性系,再去分析问题就失去了一定的意义。
当飞机起飞时,它是否知道地球在移动?答案是并不知晓。在飞机的“视角”里,地球并没有移动,始终处于静止状态。就像是一只在匀速直线行驶的列车上的昆虫,它也不会知道列车正在移动,在昆虫的眼里,列车就是静止的,当然它不会受到列车运动的影响。
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