什么是“惯性力”?

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加州理工学院理论物理学家、2004年诺贝尔奖得主戴维·波利策帮助阐明了这些神秘的影响。

你在行驶的汽车中感受到的力——例如,当司机踩油门时将你向后推向座椅的力,或者当汽车急转弯时将你从一侧甩向另一侧的力——都是惯性力的日常例子。一般来说,这些影响的产生仅仅是因为给定情况下的自然参考系本身正在加速。

“惯性力”这个术语在牛顿力学中具有精确的含义——事实上,它始终与作用物体的质量成正比。


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这些类型的表观影响的一个优雅例子是惯性科里奥利力,它负责精确悬挂的钟摆摆动平面的庄严进动(或圆周旋转)。如果这样的钟摆悬挂在北极正上方,它看起来每天会旋转360度。但是,如果您从外太空的静止点观察这个钟摆,它看起来会在一个单一、固定的平面内摆动,而地球在其下方旋转。从外太空的角度来看,没有横向力(即垂直于摆动平面)使钟摆的摆动发生偏转。这就是为什么将带有贬义色彩的术语“惯性”附加到这种力上的原因。同样,在汽车中,根本没有真正的力将你推回座椅,尽管你的感官如此认为。

然而,实际上,用惯性力来分析情况可能是理解实际发生情况的最有效方法。以一杯搅拌过的茶为例,这是一个科里奥利力影响的迷人例子。如果杯子里有一些茶叶,它们最终会堆积在底部表面的中心(而不是像人们可能预期的那样,由于同样是惯性的离心力的作用而堆积在边缘)。如果你想象自己与搅拌的流体同步旋转,那么大部分流体看起来是静止的,而杯子会在你周围反向旋转。旋转的杯子会拖动一些相邻的流体。同时,在底部附近,科里奥利力作用于被拖动的流体,将其推向杯子的中心,并将茶叶也带到那里。

借助广义相对论,爱因斯坦成功地永远模糊了实力与惯性力之间的区别。广义相对论是他的引力理论,而引力当然是“实”力的典范例子。然而,爱因斯坦理论的基石是引力本身就是一种惯性力(或者更确切地说,它与惯性力无法区分)的命题。现在,大约90年后,我们有无数且每天都在增加的证据证实,他的理论似乎是正确的。

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