惯 性 与 超 重 和 失 重

惯性与超重和失重

——用牛顿第一定律解释超重和失重牛顿运动定律是力学中极其重要的部分，也是经典力学基本定律，由牛顿（Sir Isaac Newton）总结于17世纪并发表于《自然哲学的数学原理》。包含了三条定律：牛顿第一运动定律，也叫惯性定律（law of inertia）；牛顿第二运动定律（Newton's second law of motion），定量地确定了物体的加速度与物体的质量和受力的关系；牛顿第三运动定律（Newton's third law of motion），指出了物体间相互作用力的关系。

这三条定律看似三条，实质是紧密相连的。本人从我的教学和生活中，想谈一谈其中的第一定律和第二定律。对于超重和失重现象，传统的方法都是用牛顿第二定律解释的，我发现也可以用牛顿第一定律对这两种现象作一个定性的解释。

牛顿第一定律的内容如下：一切物体在任何情况下，在不受外力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。A particle will stay at rest or continue at a constant velocity，unless acted upon by an external unbalanced force。

也就是说，任何物体如果不受力作用，它原来是静止的就永远保持静止；原来是运动的，就应该永远保持运动，而且是匀速直线运动。要是受到力的作用了，这样的状态就会改变：静止变为运动；运动变为静止或另一种运动。还有一种说法是：静者恒静，动者恒动。当然，它的前提是物体不受力时。

牛顿第二定律的内容如下：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

其表达式为：ΣF=ma或F合=ma

超重现象：物体对支持物压力或对悬挂物的拉力大于物体本身重力。

其实质为物体具有竖直向上的加速度，物体可以竖直向上做加速运动，也可以竖直向下做减速

运动。

如右图所示，假设一物体在水平面上，它受两个力：重力G和支持力N。

如果具有竖直向上的加速度，则合力方向也向上，即

N－G﹦ma

N﹦G﹢ma a≠0

就有N＞G 支持力比重力要大些，而压力与支持力是作用力和反作用力，压力大小与支持力相等，所以压力大于重力，即超重。

用惯性定律解释超重。

物体具有竖直向上的加速度又可分为三种不同的运动情况：由静止到向上运动；由匀速向上运动到向上加速运动；由匀速向下运动到向下加速运动。

物体在水平面上，如果处于静止或匀速运动状态，物体是平衡的，重力与支持力大小相等，也就是重力与压力大小相等。

当物体和水平面由静止向上运动时，物体具有惯性，要保持原来的静止状态，自然要“拖累”运动了的水平面，从而“用劲”压着水平面，会使得压力比静止时大些，也就比物体本身的重力大些，产生了超重现象。

当物体和水平面由匀速运动向上加速时，物体具有惯性，要保持原来的匀速运动状态，水平面已经加速，物体比水平面运动要慢，而物体又在水平面上方，自然也会“用劲”压着水平面，使得压力比静止时大些，也就比物体本身的重力大些，产生超重现象。

物体和水平面由匀速向下运动到向下减速时，物体具有惯性，要保持原来的匀速运动状态，水平面已经减速，物体比水平面运动要快，而物体又在水平面上方，自然也会“用劲”向压着水平面，会使得压力比静止时大些，也就比物体本身的重力大些，产生超重现象。

至于物体被悬挂超重时拉力大小与重力的关系，以及失重的情况都可用上述类似的方法解释，都可用惯性定律定性地解释出超重与失重产生的原因。

牛顿第一定律阐述了力与运动的一个关系，牛顿第二定律确切地指出了加速度与物体受力和质量的关系，实质上是进一步地阐述了力与运动的关系。由此可看出，牛顿第一定律和第二定律是存在着紧密联系的，找出这些联系并思考其中的关系，有助于对它们的理解，也可锻炼自己的思维。

上面这些是本人在教学反思及对生活观察的思考后得出的，希望对对超重和失重现象不够理解的人有所帮助。