运动和力

　　牛顿第一定律是研究物体运动规律的三大定律之一，有重要的应用价值。它说明了物体的运动不需要靠力来维持，纠正了人们认为力是维持运动的原因的错误认识。通过学习，学生们能从理性认识上接受这些理论，但在行为上，思想感情上是否真能接受呢？
　　
　　有位学生在学习了牛顿第一定律后说，对牛顿第一定律只能承认一半。他说他骑自行车上学脚不用蹬，车子由于惯性会向前运动，地面摩擦和风小一些，车子就能运动得远一些，可以想象如果阻力更小些，自行车不用蹬就能运动得更远，这是令人信服的。但他又接着说，把车停下，你不推它、不蹬它，车怎么会运动呢？所以总觉得力和运动是连在一起的。
　　
　　这位学生提出的问题非常典型，即使高中学生学过动力学也末必真能从感情上去接受第一定律。下面我们就通过两方面讨论这个问题：
　　
　　一方面，我们应该清楚牛顿第一定律描述的是一种理想化的状态。即牛顿所假定的绝对空间坐标中，可以存在相对于这一坐标系是不受任何外力作用的静止物体，也可以存在不受任何外力作用的相对于这一坐标是运动的物体。在这样条件下，定律自然是正确的，然而现实中却看不到这种情况，即使看到静止物体和在某一段时间内做匀速直线运动的物体，它们也都是受到平衡力的作用，不受任何外力作用的物体是不存在的。所以通常在应用牛顿第一定律研究具体问题时，只是对这种理想化状态的近似，因此学生不易接受是很自然的。
　　
　　另一方面，作为理解物理学的基本概念来说，必须严格区分运动的运动状态改变这两个不同的概念：
　　
　　什么是运动？初中课本把物体位置的变化叫做运动。严格点应该是指物体对参照物（系）发生了位置的变化，静止也可以作为一种特殊的运动状态来对待：即物体对参照物（系）的位置变化为零。
　　
　　什么是运动状态的改变？物体由静止变为运动，由运动变为静止，或者改变运动方向。因此，除了匀速直线运动，任何变速运动（包括直线运动和曲线运动中物体速度大小和方向的变化）都是处于运动状态时刻发生改变的过程中。而运动状态之所以改变，正是力作用的结果，其实这也正是伽利略斜坡实验所证实的结论。
　　
　　区分了两个不同概念就比较容易解决前面提出的矛盾了：那位同学觉得他把自行车推动起来或者开始骑行起来总是要力的，这是千真万确的！因为他在使原来静止的自行车变成运动的了，即使自行车运动状态发生了改变，这并不是牛顿第一定律所要研究的问题。明白了这层道理，我们就可以明确：运动和力是无关的，而运动状态的改变则正是存在力的作用的效果，所以说运动状态的改变和力是有关的。
　　
　　最后，我们再分析一个具体的例子，借以理解运动和运动状态的改变这两个概念的区别以便进一步验证运动和力是无关的。
　　
　　一艘用铁环套拴在固定在河流两岸的一条竹索上的渡船，摆渡时，船工站在船上，手拉竹索，渡船则能沿竹索固定的方向来回运动。
　　
　　我们分析船的受力及其运动情况：先看水平方向，河水的流动对侧面有一个垂直于渡船运动方向的力，由于船用铁环套拴在竹索上，这个力被紧绷的竹索产生的弹力所平衡。因此对渡船的航行没有影响。再看坚直方向，船浮于水面，其重力与它所受到的浮力平衡，因此船所受合力为零，它静止于岸边。
　　
　　当渡船载上人后，船工用手对竹索施加一个向后拉力的同时，竹索对船工也有一个大小相等方向向前的拉力，由于船工在船上，可以把他和船看成一体，这样就相当于船受到一个拉力的作用，于是它改变了原来的静止状态运动起来，这就是开始阶段力的作用效果使船的运动状态发生了改变。
　　
　　当渡船已经运动起来，具有某一速度时，船工必须轮番地调换两只握紧拉住竹索的手并不断地用力，才能使船保持一定的速度横渡，但这决不意味着力是维持运动的原因，因为船在运动过程中不可避免地要受到水的阻力及竹索与铁环间的摩擦力，如果船工不再用力，由于这些阻力的作用将使船的运动状态发生变化，即使船的速度逐渐变慢。故船工施加的作用力可以看作是使船的运动状态发生相反的改变，使船已慢了的速度再变快起来。从平均效果来看，我们可以认为如果船工施加的力恰能和总的阻力平衡，则运动的船所受的合力为零，船的运动状态就没有理由发生改变，船也将匀速地横渡。
　　
　　当船即将抵达对岸时，船工可以不再用力让船在阻力作用下改变运动状态，使船逐渐变慢，直到抵达对岸在船底与浅滩间较大的阻力作用下使其运动状态发生很快变化，船立即停止运动。
　　
　　从以上一例渡船横渡河流的加速，匀速，减速整个过程中，可以看出力的作用始终是使（船的）运动状态发生改变，而运动和力则是完全无关的。
　　
　　
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