什麼是“慣性力”?

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加州理工學院理論物理學家、2004年諾貝爾獎得主戴維·波利策幫助闡明瞭這些神秘的影響。

你在行駛的汽車中感受到的力——例如,當司機踩油門時將你向後推向座椅的力,或者當汽車急轉彎時將你從一側甩向另一側的力——都是慣性力的日常例子。一般來說,這些影響的產生僅僅是因為給定情況下的自然參考系本身正在加速。

“慣性力”這個術語在牛頓力學中具有精確的含義——事實上,它始終與作用物體的質量成正比。


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這些型別的表觀影響的一個優雅例子是慣性科里奧利力,它負責精確懸掛的鐘擺擺動平面的莊嚴進動(或圓周旋轉)。如果這樣的鐘擺懸掛在北極正上方,它看起來每天會旋轉360度。但是,如果您從外太空的靜止點觀察這個鐘擺,它看起來會在一個單一、固定的平面內擺動,而地球在其下方旋轉。從外太空的角度來看,沒有橫向力(即垂直於擺動平面)使鐘擺的擺動發生偏轉。這就是為什麼將帶有貶義色彩的術語“慣性”附加到這種力上的原因。同樣,在汽車中,根本沒有真正的力將你推回座椅,儘管你的感官如此認為。

然而,實際上,用慣性力來分析情況可能是理解實際發生情況的最有效方法。以一杯攪拌過的茶為例,這是一個科里奧利力影響的迷人例子。如果杯子裡有一些茶葉,它們最終會堆積在底部表面的中心(而不是像人們可能預期的那樣,由於同樣是慣性的離心力的作用而堆積在邊緣)。如果你想象自己與攪拌的流體同步旋轉,那麼大部分流體看起來是靜止的,而杯子會在你周圍反向旋轉。旋轉的杯子會拖動一些相鄰的流體。同時,在底部附近,科里奧利力作用於被拖動的流體,將其推向杯子的中心,並將茶葉也帶到那裡。

藉助廣義相對論,愛因斯坦成功地永遠模糊了實力與慣性力之間的區別。廣義相對論是他的引力理論,而引力當然是“實”力的典範例子。然而,愛因斯坦理論的基石是引力本身就是一種慣性力(或者更確切地說,它與慣性力無法區分)的命題。現在,大約90年後,我們有無數且每天都在增加的證據證實,他的理論似乎是正確的。

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