【慣性作用】慣性作用大揭秘!探索慣性定律的奧妙
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慣性力(Inertial Force)

定義

慣性力是指當物體加速、減速或改變方向時,慣性會使物體有保持原有運動狀態的傾向;若是以該物體為參照物,看起來就彷彿有一股方向相反的力作用在該物體上,因此稱之為慣性力。

非存在性

實際上慣性力並不存在,實際存在的只有原本將該物體加速的力,因此慣性力又稱為假想力(fictitious force)。

概念提出

慣性作用 Play

慣性力的概念提出是因為在非慣性系中,牛頓運動定律並不適用。但是為了思維上的方便,可以假想在這個非慣性系中,除了相互作用所引起的力之外還受到一種由於非慣性系而引起的力——慣性力。加入慣性力後,牛頓運動定律成立。

公式

當系統相對於一慣性系存在一加速度a時,則慣性力的大小遵從公式:

F = ma

慣性作用

在轉動參照系中

在轉動參照系中,物體同樣受到慣性力。這時慣性力分為慣性離心力和科氏力。

慣性(Inertia)

概念定義

慣性,即物體抗拒其運動狀態被改變的性質。物體的慣性可以用其質量來衡量,質量越大,慣性也越大。

起源追溯

慣性概念的起源可追溯至艾薩克·牛頓,他在鉅著《自然哲學的數學原理》中定義慣性為:

更具體而言,牛頓第一定律表明,存在某些參考系,在其中,不受外力的物體都保持靜止或等速直線運動。

牛頓第一定律

慣性定律是經典力學的基礎原理。遵守這原理,物體會持續地以現有速度移動,除非有外力迫使改變其速度。

古代學説、亞裏斯多德的運動理論和衝力説

古代學説

在地球表面,慣性時常會被摩擦力、空氣阻力等效應掩蔽,促使物體的移動速度變得越來越慢(通常最後會變成靜止狀態)。

亞裏斯多德的運動理論

亞裏斯多德認為,在宇宙裡,所有物體都有其「自然位置」──處於完美狀態的位置,物體會固定不動於其自然位置,只有當外力施加時,物體才會移動。

衝力説

布里丹提出的衝力説認為,促使物體運動的性質是衝力,這衝力是由推動者傳送給物體,促使物體運動。

伽利略·伽利萊和牛頓的貢獻

伽利略·伽利萊

伽利略認為施加外力改變的是物體的速度而不是位置;維持物體速度不變,不需要任何外力。

牛頓第一定律是伽利略所提出的慣性定律的再次陳述──不施加外力,則沒有加速度,因此物體會維持速度不變。

慣性和質量

慣性質量

慣性的定性定義為物體抗拒動量改變的性質。將這定義加以定量延伸為物體抗拒動量改變的度量,就可以用來做數學計算。這度量稱為慣性質量,簡稱為質量。所以,質量表示物質的數量,同時,質量也是物體慣性的度量。

質量測量

將未知質量的物體與已知質量的物體分別感受到的重力做測量比較,就可以得到未知物體的重力質量。通常,可以使用天平來做測量。

結論

慣性是物體的重要屬性,它可以用來衡量物體的質量。慣性定律是經典力學的基本原理之一,它表明物體在不受外力作用時會保持靜止或勻速直線運動。

慣性作用:物體反抗運動狀態改變的性質

定義

慣性作用是指物體抵抗其運動狀態改變的性質。根據牛頓第一運動定律,處於靜止狀態的物體將保持靜止,而處於運動狀態的物體將保持沿直線等速運動,除非受到外力作用。

表現形式

慣性作用以以下方式表現出來:

  • 靜止物體的慣性:施加推力或拉力時,靜止物體會抵抗運動,直到外力大於慣性力為止。
  • 運動物體的慣性:施加與運動方向相反的力時,運動物體會抵抗減速,直到外力大於慣性力為止。
  • 改變運動方向的慣性:施加與運動方向成角的力時,運動物體會抵抗改變方向,直到外力大於慣性力為止。

慣性大小

慣性大小與物體的質量成正比。質量越大的物體,慣性越大。慣性通常使用慣性質量表示,等於物體的質量乘以重力加速度(9.8 m/s²)。例如,質量為 1 公斤的物體的慣性質量為 9.8 千克。

阻抗慣性力的力

要克服物體的慣性,需要施加足夠大的力以下列方式克服:

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慣性定律

慣性_百度百科

  • 靜止物體:施加大於物體慣性力的推力或拉力。
  • 運動物體減速:施加大於物體慣性力的與運動方向相反的力。
  • 運動物體改變方向:施加大於物體慣性力的與運動方向成角的力。

慣性作用的應用

慣性作用在日常生活和工程應用中扮演重要的角色,包括:

  • 安全帶:發生碰撞時,安全帶利用慣性作用將乘員固定住,防止他們向前飛出。
  • 離合器:離合器利用慣性作用在車輛換檔時平穩地調整車輪速度。
  • 陀螺儀:陀螺儀利用慣性作用感測物體的運動和定向,用於導航和穩定系統。

慣性作用的測量單位

慣性作用通常使用以下單位測量:

單位 説明
公斤(kg) 慣性質量
牛頓(N) 克服慣性的力
米/秒²(m/s²) 加速度

以下表格列出自不同性質量物體的慣性:

物體 質量(kg) 慣性質量(kg)
70 686
汽車 1200 11760
火箭 100000 980000

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alan1226a@gmail.com
最愛日本旅行。網站由2014年起不斷分享日本旅行心得~ 台灣《日本遊樂》專欄作家, 暢銷書《日本由我行》作者.

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