天生万物，“懒”是本性

文/张虎岗

本文为《什么是初中物理》系列第15篇

当物体受到了平衡力时，静止的物体仍旧静止，运动的物体做匀速直线运动，也就是运动状态不变；当物体受到非平衡力时，物体要么由静到动，要么由动到静，要么由快变慢，要么由快变快，要么运动方向发生改变，即运动状态发生改变。

那么，当物体不受力时会怎样呢？

最早给出答案的是亚里士多德。他认为，没有推力就没有运动。简单地说，要让物体运动，必须有一个力一直推动着它。当你第一次听到这种说法，也一定会连连点头。亚里士多德说的和我们看到了完全一致。茶杯放在桌子，你不去拿它一定不会自己跑到地上。如果它掉在地上摔碎了，一定是有人碰到了它，给了它一个力。

这个解释很合理，但是还是有一个BUG。老师上课掷出的粉笔，离手后手对它就没有了推力，按照亚里士多德的说法，粉笔应该立即停止前进，但是为什么它不听话地还在往前飞呢？

这个问题亚里士多德早已成竹在胸。他说，是空气代替了手。粉笔离开手时，手已经把这个推力传给了空气，空气继续推着粉笔往前走，直到这个力慢慢消失为止。

漂亮！

可惜这还不是事实！虽然在此后两千多年的时光长河也有人提出过不同的看法，但是他们和亚里士多德一样都是猜测和推理，没有进行实验验证，所以这些不同的观点如几朵小小的浪花般的涌起又湮灭。

最早将推理与实验双剑合壁的人是伽利略。他设计了一个理想斜面实验：

①做两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；

②如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度；

③减小第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度。

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平，小球将沿水平面以恒定速度持续运动下去。

上面的步骤中，①属于可靠事实，其余的则是依据实验得出的推论。

最终，伽利略得出了一个结论：运动物体如果不受其它物体的作用，将会做匀速直线运动。

但是，伽利略还没有完全揭开力与运动的神秘面纱，因为还有静止的物体，它在默默地等待牛顿的出现。

终于，站在巨人肩头的牛顿发出了强有力的声音：

一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

这就是如雷贯耳的牛顿第一定律。

说实话，要想理解这一定律并不容易，需要咬文嚼字：

（1）“一切物体”是指所有的物体，包括静止的物体和运动的物体，即该定律对所有物体都是普遍适用的，没有例外。

（2） “不受外力作用”是牛顿第一定律成立的条件，它包含了两种情况：一是物体确实不受任何力的作用，这是一种理想化的情况；二是物体受平衡力作用，这时物体所受的合力为零，相当于不受力。

（3）“或”的含义是指物体要么静止，要么做匀速直线运动，两种状态必居其一，且不能同时存在。物体是哪种状态，取决于原来是静止还是运动。

最后，还要知道牛顿第一定律与其他的运动规律不同，是在大量经验和实验的基础上，通过进一步的推理概括出来的，不可能用实验来直接验证。这是因为我们周围的物体，不可避免地都要受到力的作用。

我们还可以把牛顿第一定律说得更简洁一些：动者恒动，静者恒静。

现在，或许你对力与运动的关系有了基本的了解。为了帮助你认识的更直观一些，我画了一个图示作为小结。根据这个关系图可以在已知物体受力情况或运动状态中的一个时，推理出另一个。

如果仔细品，还会发现牛顿第一定律告诉我们一个秘密：一切物体都有保持静止状态或匀速直线运动的性质，即保持原来的运动状态不变的性质，我们把物体的这种性质叫做惯性。

这说明什么？

物体很“懒”，不愿意改变自己。

就像爱睡懒觉的人根本不会想要闻鸡起舞，一个放在桌面上的茶杯不愿意动，除非它受到了一个足够使它运动起来的外力。

因此，牛顿第一定律也被称为惯性定律。

但是这并不是说惯性与惯性定律是一回事，就像交通并不等同于交通事故，惯性与惯性定律也不能划等号。惯性是所有物体与生俱来的属性，而惯性定律则是一个运动规律。一切物体在任何时候都有惯性，不管它是运动的还是静止的，加速的还是减速的，做直线运动的还是曲线运动的。但是惯性定律的成立却是有“不受力（或所受的力是平衡力）”这一前提条件。

惯性早已融入生活的方方面面。就算你没有学过物理，你也一定利用过惯性：衣服上沾了土，用力拍打几下，土就掉下来了；泼水时，向前抡盆，水就飞出了盆；骑自行车累了，不再蹬车，车仍能继续前行。当然，你也在不知不觉中承受过惯性带来的伤害：走路时脚被石头绊了一下而跌倒在地；站在汽车上，汽车突然启动，你差点仰面摔倒；坐在汽车后座没有系安全带，紧急刹车时，上身不由自主地向前扑去。

唉！惯性！

真是让人欢喜又让人忧！

《什么是初中物理》

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