等效原理的解释

等效原理的解释

关键字：等效原理，自由落体系，力，惯性，加速度，保持，产生作者：吴兴广

（1）等效原理提出后，有人认为自由落体系是一个很好的惯性系。那么自由落体系为什么是一个很好的惯性系呢？自由落体系是惯性系吗？（2）力是使物体产生加速度的原因，这是力的作用。那么力还有别的作用没？（3）物体受到力的时候，惯性还存在吗？（4）物体具有惯性，惯性是物体保持运动状态不变的原因。惯性有大小，质量是物体惯性大小的量度。惯性的作用是保持，那么保持有大小吗？保持可以用大小来衡量？

力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质。

我们先回顾一下力是使物体产生加速度的原因。

一个物体，如果它的速度的大小和方向都保持不变，我们就说，这个物体的运动状态保持不变。如果这个物体的速度发生了改变，即速度的大小和(或)方向发生了改变，我们就说，这个物体的运动状态发生了改变。牛顿第一定律告诉我们，物体如果没有受到力的作用，物体的运动状态就不发生改变。由此我们知道，如果物体的运动状态发生了改变，必定要有力作用在物体上。物体运动状态的改变，是由于受到了力的作用，力是物体运动状态发生改变的原因。物体运动状态发生改变时，物体具有加速度，所以力是使物体产生加速度的原因。

既然力是使物体产生加速度的原因，那么加速度和力存在着什么关系？研究表明：对质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，用数学公式表示就是a1/ a2=F1/F2. 因为物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，所以作用在物体上的力不变时，加速度不变。如果力持续作用在物体上，那么加速度保持不变。(以前我们说，力一直作用在物体上，就一直产生加速度。)。如果力忽然消失，那么加速度也消失。所以说力具有保持加速度不变的性质。加速度不变就是物体运动状态的改变快慢不变，就是物体运动状态改变的程度不变。所以说力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质。

我们知道力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质后，再看非惯性系，例如加速系。还有另一类参考系自由落体系。自由落体系中物体由于受到力而保持加速度不变的性质，在自由落体系看来加速度相互抵消，就变成物体由于惯性而保持运动状态不变的性质。

物体受到力的时候，惯性还存在吗？

力的作用有两个：一，力是使物体产生加速度的原因；二，力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质。（我们暂时这么描述，以后还会判断是否不同）

1)物体受力的时候，力使物体产生加速度。2)产生加速度的大小与力的大小有关，与物体的质量大小有关（也可以说出与惯性的大小有关），即牛顿第二定律a =F/m。3) at=V.表示加速度自身转化成速度。

这样物体受力过程就是，力使物体产生加速度，力的大小与质量（或说惯性）的大小决定产生加速度的大小，加速度自身又把加速度转化成速度，物体的惯性把产生的速度保持起来，力消失的时候，惯性保持的速度就是物体原来的速度加上转化的速度。

物体具有惯性，惯性是物体保持运动状态不变的原因。惯性有大小，质量是物体惯性大小的量度。惯性的作用是保持，那么保持有大小吗？保持可以用大小来衡量？

暂时我们还不知道上面我们说到的力的作用有两个是不是一回事，我们先把力的作用描述为两个吧。

力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质，即力具有保持加速度不变的性质，那么力越大，力保持加速度不变的能力就越大？力越小，力保持加速度不变的能力就越小？不是的。力还是产生加速度的原因。力越大，力产生的加速度就越大；力越小，力产生的加速度就越小。力的大小不同，产生的加速度不同。

力具有保持加速度不变的性质与惯性具有保持速度不变的性质，这都是保持能力。力有大小，力越大，力产生的加速度就越大；力越小，力产生的加速度就越小。而惯性也有大小，质量

小的物体，惯性小，运动状态容易改变；质量大的物体惯性大，运动状态难改变。力的大小对应者产生加速度大小的不同，力的大小对应产生能力；惯性的大小描述保持能力的大小，那么惯性是不是还有一种产生能力？惯性的大小对应产生能力？

作用在物体上的力不变时，加速度不变。力持续作用在物体上，那么物体的加速度保持不变。力具有保持加速度不变的性质，如果力不变，力不发生变化，那么加速度不变，如果惯性变大呢？惯性变小呢？根据牛顿第二定律a =F/m得出惯性变大，加速度变小；惯性变小，加速度变大。就是说惯性具有一种改变能力，能够改变加速度的大小。惯性具有改变能力。

我们把运动分为两类，一是匀速，速度不变；二是变速，变速中有均匀变速。均匀变速可称为变速不变。(我们把运动状态改变程度不变叫做变速不变，即加速度不变就是变速不变。)，一个变速运动的物体，最好还是变速不变的运动，惯性发生变化时，均匀变速发生改变。惯性变大，变速不变的运动就会发生改变，均匀变化变小；惯性变小，变速不变的运动就会发生改变，均匀变化变大。类比于，一个匀速运动的物体受到力或说力发生变化时，匀速发生改变，这里力产生一个加速度，使匀速发生变化，我们发现惯性应该产生了什么，使均匀变速发生变化。

惯性能够对变速的物体产生一个作用，这个作用能够改变变速运动的改变程度。惯性的这种作用类似力的作用。

根据a =F/m推出F=ma推出F/a=m推出1/a=m/F. 1/a用一个字母表示，例如k,那么公式1/a=m/F可表示成k=m/F.那么这个公式有没有物理意义呢？k是加速度的倒数，我们可以称之为反加速度。牛顿第一定律表示的是不受力状态，牛顿第二定律F=ma表示的是受力状态，牛顿第二定律F=ma表示的是物体从匀速状态到变速状态。k=m/F就表示物体从变速状态到匀速状态。k表示反加速度，m表示质量(惯性)，F表示力。对力相同的物体，物体的反加速度与跟惯性成正比。用数学公式表示就是k1/k2=m1/m2.在相同的惯性作用下，物体的反加速度跟物体的力成反比。用数学公式表示就是k1/k2=F2/F1.

在a =F/m中，惯性保持速度的不变，力改变物体的速度。力与惯性共同作用的结果就是速度发生了改变。在k=m/F中，力保持变速运动不变，惯性改变物体的变速运动。惯性与力共同这样的结果就是变速运动发生改变。

惯性能够使变速运动的物体产生反加速度。所谓反加速度指的是变速运动改变为匀速运动的快慢。根据k=1/a,V=at,得，V=t/k.

a =F/m与k=m/F能够互相转换。我们说，惯性保持速度的时候，就说力就改变速度；我们说力保持变速运动不变的时候，就说惯性改变变速运动。这是对同一现象的不同描述。两者是等效的。惯性与力，保持与改变。

力的作用有两个：一，力是使物体产生加速度的原因；二，力具有保持‘运动状态改变程度’不变的性质。其实，一个物体受力产生加速度，也可以说成，力保持加速度不变。一个物体持续受力就是不断的产生加速度；一个物体受力不断，就是保持加速度不断。两种说法一样。我们说物体的惯性具有保持运动状态不变的性质与惯性能够使变速物体产生反加速度的说法一样。力的作用其实算一个。惯性的作用也是一个。

参考文献：【1】《广义相对性原理独特视角》【2】《惯性与参考系》【3】《运动认识-运动差》【4】《空间-认识》【5】《不到+不到=运动》文章作者同。

2013-1-19 8:28:02