王全所

(五寨縣硯城鎮(zhèn)人民政府 036200)

如圖1是水平地面路軌上一列火車的一節(jié)車廂，車廂的地面光滑,一把椅子和椅子上坐著的人，椅子腿底部裝有萬向節(jié)輪子(意思是可以不考慮摩擦力，這里是為了和教材內(nèi)容一致，換做實(shí)驗(yàn)室，則可以用氣墊導(dǎo)軌)；一把拉伸彈簧測(cè)力計(jì)把椅子與車廂連接在一塊.

根據(jù)牛頓理論有：

如果彈簧測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)為零，則說明車廂不是靜止的，便是勻速運(yùn)動(dòng)的；如果彈簧測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)不為零，則說明車廂是加速運(yùn)動(dòng)的.

假設(shè)彈簧測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)是f，人和椅子的質(zhì)量是m，則可以判斷出車廂的加速度：

加速度的方向向右.為什么可以得出這樣的結(jié)論？

一節(jié)車廂一個(gè)乘客也沒有和坐滿乘客，其質(zhì)量顯然是不同的.為了區(qū)分，沒有乘客時(shí)叫車廂，有乘客時(shí)叫車廂系統(tǒng).把車廂的質(zhì)量記作M，把人和椅子看做乘客的質(zhì)量記作m，由于車廂與人和椅子用彈簧相連，就組成了一個(gè)系統(tǒng)，即車廂系統(tǒng)，其質(zhì)量是(M+m).如果使車廂系統(tǒng)產(chǎn)生加速度的力是F，則有：

F=(M+m)a=Ma+ma

f是F的一個(gè)分力，所以有 ：

f=ma

同理，把彈簧測(cè)力計(jì)和椅子與人安裝在車廂的左面，可以測(cè)量出車廂向左運(yùn)動(dòng)的加速度.

這就是說，即使是在一節(jié)封閉的車廂里，我們也能根據(jù)牛頓力學(xué)，判斷出這節(jié)車廂是處于靜止或者勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還是加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài).說明不借助參考系，牛頓力學(xué)就可以判斷出這個(gè)車廂系統(tǒng)是加速運(yùn)動(dòng)的，而且還知道其加速度的方向與大小，這充分說明加速度是絕對(duì)的，只要用牛頓力學(xué)就可以判斷出來.

圖1 圖2

如圖2小球在一光滑的桌面上(這是教材中的，桌子固定在車廂上.)，車廂以向右的加速度a運(yùn)動(dòng).此時(shí)在這個(gè)封閉的車廂里，能否求出人和椅子的質(zhì)量，彈簧測(cè)力計(jì)上的讀數(shù)不為零，該以哪一個(gè)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)呢？

如果以小球?yàn)榕袛鄻?biāo)準(zhǔn)，就會(huì)得出車廂系統(tǒng)是“靜止”的結(jié)論，但這樣的結(jié)論,其一，小球沒有受到外力作用就產(chǎn)生加速度，不僅直接反牛頓力學(xué)，而且不符合對(duì)物體是否在做加速度運(yùn)動(dòng)的判斷法；其二，小球沒有受到外力作用就產(chǎn)生加速度，反能量守恒.(那種引入慣性力來加以解釋的企圖，同樣是反能量守恒的.)總之，運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性無法描述物理過程的二重性，也不能適用能量守恒定律，是不適用于牛頓力學(xué)的.

上面的論述是可以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的.圖1是知道人和椅子的質(zhì)量能判定出車廂的加速度來，圖2是知道車廂的加速度，可以求出人和椅子的質(zhì)量來，說明牛頓力學(xué)的運(yùn)用與參考系的選擇沒有關(guān)系，是完全可以在實(shí)驗(yàn)室用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的.只要把人和椅子換成質(zhì)量塊，采用氣墊導(dǎo)軌就可以完成了，具體的實(shí)驗(yàn)方法步驟就不談了.這里只說了用牛頓力學(xué)做出的判斷，而關(guān)于伽利略的判斷法，則可以參照我國(guó)飛船上做測(cè)量宇航員身體質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)加速度的方法.

總之，通過分析論證， 運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性不適用于牛頓力學(xué)，牛頓力學(xué)的運(yùn)用是不受參考系選擇的限制的，物體加速度運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的.

參考文獻(xiàn)：

[1]課程教材研究所. 普高物理必修1[M]. 北京：人民教育出版社,2015(11).