你不可不知的个物理知识

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1、你不可不知的50个物理知识第一部分 物质运动01马赫原理骑在旋转木马上的孩子可以感受到来自遥远星球的拉力。这种现象可以用马赫原理解释，即“物体的惯性受周围其他物体质量的影响”。通过引力，遥远的天体能够影响我们身边物体的移动和旋转。为什么会这样？你怎么判断某个物体是否在运动呢？坐过火车的人应该有过这样的体验：透过车窗，看对面火车的车厢离你远去。是你乘坐的火车正在出站还是另一列正在进站？有时候这很难判断。有没有什么办法能帮助我们确定到底是哪列火车开动了呢？奥地利哲学家和物理学家欧内斯特. 马赫在19世纪就发现了这个问题。在研究牛顿的著作时，他

2、注意到，牛顿认为空间是绝对的。对此，他本人并不认同。牛顿将空间理解为类似于标记在坐标纸上的坐标，所有的运动都可以映射到坐标纸的网格上。马赫不同意这个观点，他认为：只有相对于另外一个物体（而非坐标纸上的网格）来说，运动才是有意义的。如果不是相对于其他物体，那运动又有什么意义呢？在这一点上，马赫是受牛顿的竞争对手——戈特弗里德. 莱布尼兹早期思 想影响的。（编者注：关于是牛顿还是莱布尼兹首先发现了微积分，是科学史上一桩著名的公案。）而后，爱因斯坦又继承了马赫的思想，认为只有相对运动才是有意义的。马赫认为：一个皮球，无论是在法国还是奥地利，滚动

3、方式都是一样的，跟空间网格无关。可见，唯一能够影响皮球滚动的就是重力（即引力）。在月球上，皮球滚动的速度可能会有所不同，因为在月球上它的重力要小一些。宇宙中的所有物体相互之间都存在着引力，并且通过这种相互作用感受其他物体的存在。从本质上说，运动不依赖于空间的属性，而依赖于物质或其质量的分布。质量到底什么是质量？质量是物体所含物质多少的度量。一块金属的质量等于其内部所有原子质量的总和。质量和重量不同。重量是将物体向下拽的重力的度量。宇航员在月球上比在地球上轻，是因为月球比地球小，其对宇航员施加的重力也小。但不论是在月球还是地球，宇航员的质量

4、都是不变的，因为身体内所包含的原子数量并没有变化。爱因斯坦提出，质量和能量是可以相互转化的，质量可以完全变成能量。因此从本质上说，质量就是能量。惯性惯性源于拉丁词汇“懒惰”。与质量非常类似，它表示通过力的施加使某个物体的运动发生改变的难度。惯性大的物体较难发生运动。即使是在太空中，大型物体发生运动所需的力也是很大的。比如，假设一个在轨道上运行的巨型岩石小行星将与地球相撞，若要改变它的运动方向，必须使用巨大的冲击力——或是通过核爆炸提供一个短暂而巨大的力，或是长时间地施加一个稍小的力。而小型空间飞船，由于惯性比行星小得多，因此通过喷气发动机

5、就可以改变其运动方向。意大利天文学家伽利略早在17世纪就提出了惯性定律：如果某一物体处于某种状态，并且不对其施加任何外力，则它的运动状态将保持不变。也就是说，如果该物体处于运动状态，那么它将按照原有的速率和方向继续运动；如果该物体处于静止状态，那么它将继续保持静止。牛顿对该思想进行了提炼，并提出了他的运动第一定律。牛顿水桶牛顿也研究过重力。他注意到物体是互相吸引的——苹果之所以从树枝落到地面，是因为苹果受到了地球的吸引。同样地，地球也受到了苹果的吸引作用。只是我们可能很难测出地球被苹果吸引后所产生的微小位移。牛顿证明，重力随距离的增加而迅

6、速减少。所以我们在高空会受到远远小于在地表的重力。虽然在高空所受到的重力变小了，但仍可以感受得到，而且离开地表越远，所感受到的地球引力就越小。实际上，宇宙中的所有物体彼此之间都存在着微小的引力作用，并对我们的运动产生微妙的影响。牛顿曾尝试通过“旋转水桶试验”来理解物体和运动的关系。在水桶刚开始旋转的时候，里面的水是不动的。逐渐地，水也会随着木桶旋转起来，并且水面会凹陷。这是由于水面外沿想要“爬过”水桶边沿逃出来，却又受到木桶的约束力而无法溢出。牛顿认为，只有在绝对空间里的固定参考系中才能理解水的旋转。其实，我们只要看一下桶中的水就可以知道

7、水桶是否在旋转。这是因为水桶在旋转时，作用在水上的力会形成凹陷的水面。几个世纪之后，马赫也研究了这个问题。如果这桶水是宇宙中仅有的物体，情况会是怎样呢？如何可知是桶在旋转呢？同样的现象，可否说是水相对于桶在旋转呢？要使讨论有意义，就必须把其他物体放到水桶的系统中，比如房间的墙或者遥远的不变的恒星。有了参考系，就可以判断水桶是否在旋转了。但若是没有静止的房间或者不变的恒星作为参考系，谁又能说清到底是哪个在旋转呢？当抬头仰望天空中沿弧形轨道运行的太阳和恒星时，我们也有类似的体验——到底谁在旋转，是恒星还是地球呢？ 欧内斯特.马赫（ErnstM

8、ach）1838—1916年除马赫原理的贡献外，奥地利物理学家欧内斯特. 马赫在光学、声学、感觉 感知生理学、科学哲学，尤其是超音速方面的研究成绩斐然。在他1877年发表的那篇颇具影响力的论文