一个生活中常见的物理现象，初中到大学都在讲，隐藏着宇宙的秘密
生活中的物理现象今天老郭跟大家聊聊【惯性】，是物理学上的惯性，不是心理学上的惯性。可能有的小伙伴会说：“不就是【惯性】嘛，有什么好聊的。”甚至人们自以为是地认为，【惯性】概念已经从牛顿时代就被人类了解并掌握了。其实惯性的背后蕴含着深刻的科学道理，爱因斯坦在对惯性的深刻理解之上，建立了广义相对论的理论基础之一：等效原理。由此看，简单的【惯性】并不简单。
图1 惯性现象情景模拟
一、生活中有哪些惯性现象
如果没记错的话，惯性这个物理概念应该是我们在初中的时候开始接触的。早在我们接触惯性这个概念之前，就已经在日常生活中应用惯性现象了。比如，拍打身上的衣服，振落身上的尘土、冬天进入室内之前跺脚抖落鞋上的冰雪、用锤子钉钉子、农村的扬谷子（就是用木锨将谷子抛向空中，借助风的力量让谷子和谷糠等分离，谷糠质量小同样的风速获得的速度快，跑得远，以达到净化谷子的目的。），男孩子们用弹弓射出去的泥球等等。我们在日常生活中也可以随处感受到惯性的存在，比如，汽车加速带来的推背感、急刹车的时候我们的身体会前倾，一厚落的书如果我们抽掉最下面的，上面的书会直接落到原来的位置上、火车启动的时候要先倒退一下等等。可以说惯性现象随处可见，只要有物体存在，就有惯性现象存在。
图2 农村扬谷子（惯性的应用）
二、惯性究竟是什么呢
观察两个惯性应用的现象。第一个，有一年春节晚会有个小品叫《砸墙》，黄宏演的农民工一边砸墙一边喊：“八十、八十……”，巩汉林在旁边急忙喊停，黄宏说：“抡大锤最怕喊
停，容易腰脱”。第二个，大家上学的时候体育课上都推过铅球吧，小铅球容易推得更远，大铅球推得就比较近。我们从这两个现象中可以总结出来：不论是静止的物体还是运动的物体都有惯性，惯性是物体保持运动状态不变的一种特性。
图3 自行车运动员惯性扑街
三、惯性都跟什么有关系呢
大锤八十，小锤四十，这是因为抡大锤要比小锤累。推铅球也是如此，重的铅球比轻的铅球更难推出去。大锤和小锤、重铅球和轻铅球它们之间的区别就是质量不同。由此我们可
以得出：质量越大，惯性越大，质量是惯性的度量。
四、用实验得出加速度与力、质量的关系
既然今天要探讨的是科学问题，当然离不开科学实验。不能想当然地给出惯性定律的公式。回顾一下高中时候我们做过的一个实验：《探究加速度与力、质量的关系》。实验设备为：1、打点计时器；2、纸带；3、小车；4、一端装有定滑轮的长木板；5、砝码。实验装置如图。
图4 探究加速度与力、质量的关系实验
改变砝码的重量为小车提供不同的牵引力，用直尺测量纸带上不同点的间距和时间的关系来计算加速度。通过数据分析，我们可以得到如下结论：在加速度和质量一定的情况下，物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比。加速度的方向跟作用力的方向相同。牛顿第二运动定律可以用比例式来表示，即a∝F/m 或F∝ma ；也可以用等式来表示，即F=kma，其中k是比例系数；只有当F以牛顿、m以千克、a以m/s²为单位时，F=ma成立。
大学的时候这个实验的精度提高了，用气垫导轨代替了木板，并且测量也使用了光电开关，精度无疑是大大提高了。（图5）
图5 气垫导轨牛二定律验证实验
五、惯性质量
如果在上面的实验中，改变小车的质量，而砝码提供的牵引力不变，重复前面的实验，用相同的方法分析实验数据。我们可以发现，不同质量的小车的加速度之比a1/a2是一个常数，与牵引力的大小无关。这个实验结果可以表明，a1/a2之值仅由该两物体本身的惯性所决定，与其他因素无关。
物理学中规定：各物体的惯性质量与它们在相同的力作用下获得的加速度数值成反比。若用m1及m2分别表示两物体的惯性质量，则m2/m1=a1/a2。选定其中一物体的惯性质量作为惯性质量的单位后，另一物体的惯性质量可通过实验由上式确定。
我们由此看出：惯性质量是度量物体惯性大小的物理量。用惯性秤可以测量物体的惯性质量，惯性秤称是用振动法来测定物体惯性质量的装置。
图6 托盘天平
六、引力质量
实验室中最常用的称量质量的工具并不是惯性秤，而是天平，这又是个什么情况呢？这就是我们现在要说的引力质量。惯性质量和引力质量是两个不同的物理概念，万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或变引力作用的本领。我们这里直接给出万有引力公式，即：F=GMm/r^2。
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