月球提醒事项：请不要轻易在月球上尝试跳高
“阿波罗”号宇航员即将迎来一个大日子――“阿波罗11”号登月任务50周年。1972年4月，查理・杜克以“阿波罗16”号宇航员的身份登上月球。据他回忆，这一次的登月任务让他经历了一生之中的最恐怖时刻。当时，杜克在月球上玩跳高，就是这个看似无伤大雅的动作差点要了他
一直以来，喜欢物理的我跟列位小伙伴们一样，也是履历了从中学到大学的学习，也自行看过许多的物理方面的书籍和论文，然则关于
惯性系这个最基本的
物理观点，却是说法许多，并没有严酷的统一。这里，我就实验着，就惯性系这个话题跟人人举行一下探讨。同时也是为了回应我上一篇关于惯性的文章中，一个网友在谈论区中的要求，希望能谈一下这个问题。我也希望那位留言网友能够看到这篇文章。
图1 惯性的效果示意图
一、对于惯性系熟悉的杂乱 我们从中学到大学的物理课上一直都在谈
惯性系。然而，随着学习的增添，你不问我，我很明晰，你一问我，我却茫然。这是由于差别课本中关于惯性系的表述并不是统一的，你让我拿出一个明确的观点出来，确实是不能一下子说明晰。我总结了一下，主要有下面几种说法： 1、
惯性定律界说的参照系，即不受任何外力、保持静止或匀速直线运动的参照系。 2、牛顿运动定律在其中有用的参考系，称惯性坐标系，简称惯性系。 3、当粒子所受到的
合外力为零时，粒子将保持静止或者做匀速直线运动，这样的参考系称为惯性系。
图2 合外力为零的物体状态 4、
大学物理中给出的惯性系的界说：惯性定律确立的参考系为惯性参考系，简称惯性系。 5、在动力学当中，应用牛顿运动定律时，我们都需要先确立参照系。参照系可以随便选择，视研究的利便而定。但在应用牛顿运动定律时，需要特别注意参照系的选取，由于牛顿定律不是对随便参照系都确立。 从上面的剖析我们可以看出，对于惯性系的界说没有一个统一的说法。这么多说法提出来，一定造成人的熟悉的杂乱，导致观点不清晰、明白不透彻。
图3 伽利略第一个形貌了惯性系
二、为什么一定要界说惯性系 在物理学的研究中，总是从最理想的情形确立模子，再推广到庞大情形。这样，我们就能在这个模子中，使用数学工具，对运动和力举行形貌和定量剖析。若是存在着一个惯性系，这意味着这个坐标系与外界无相互作用，只有自己的惯性运动，是最简朴、最理想的坐标系。只有在这个坐标系下，伽利略变换才适用，牛顿三定律才确立。而在非惯性系下就要对牛顿三定律做修改，加入一些惯性力等。厥后狭义相对论的焦点——洛伦兹变换，也必须在惯性系下确立，也就是说狭义相对论只适用于惯性系。非惯性系就要思量坐标系的自身加速率，那么必须用广义相对论了。
图4 阻力对运动的影响实验
三、惯性定律
每个物体都保持静止或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使他改变谁人状态。这就是惯性定律。这个界说说明晰物质具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性子，我们把物质的这个属性叫做
惯性。以是这个定律被称为惯性定律，也叫做牛顿第一定律。
惯性定律的现代表述：自由粒子永远保持静止或匀速直线运动的状态。 所谓的“自由粒子”，是不受任何相互作用的粒子（质点），它应该是完全伶仃的，或者是宇宙中唯一的粒子。很显然这种粒子我们是无法找到的，或者说是不存在的。可是若是真的有这样一个粒子，由于找不到参照物来界说参考系，我们又怎么能确定它的运动状态呢?由此可见，
惯性定律是不能直接用实验来严酷验证的，它只是理想化抽象思维的产物。
图5 沿斜面运动物体受力剖析
四、有限时空中的惯性状态——力的平衡 若是有一个粒子距离其它粒子非常远，粒子间的相互作用力可以忽略，
为何说生命的存在是必然的？大自然法则支配着一切！
现在所有的物理学家都普遍认为，宇宙的衰减最好的定义是宇宙中有限能量的定性衰减率。能量的退化每时每刻都在我们周围发生。回到学校的科学课上，我们知道能量从来不会被创造或破坏，它只是从一种形式转换成另一种形式。
或者是其它粒子对它的作用力可以相互抵消，我们就可以把这个粒子看成是自由的。问题是，这种情形我们若何才气做得到呢？ 但若是这个粒子可以在小局限的时空内，受到两个或者几个力的协力为零，就可以在小局限的时空内显示惯性状态，保持静止或匀速直线运动状态，我们把这种合外力为零的状态称作
力平衡状态。在这种状态下，从力学剖析的角度来说，粒子所受到的合外力为零。从运动学角度来说，它的速率为零或者为匀速直线运动状态。
图6 常见的几种力平衡状态
五、什么是惯性系 为了战胜上面杂乱的说法，我这里给出
惯性系的界说，即选择的参考系知足牛顿第一定律或适用牛顿运动定律（在相对论中，修正为麦克斯韦方程组和相对论力学在其中确立），这样的参考系称为惯性系。（这是我擅自给惯性系下的界说，有点自信了，列位小伙伴们勿怪啊。你们当它只是我的小我私家明白就好，
仅供参考） 惯性定律保证了惯性系一定存在，然而真正的惯性系在哪呢？牛顿给出了一个原则性的尺度，他以为存在着绝对的时间和空间，这就是我们需要的一个最基本的惯性系。然而在科学的历史上，众多科学家曾经实验寻找这样的“绝对时空”，效果是都失败了，“绝对时空”并不存在。关于这个话题，我们留到往后探讨相对论的时刻再谈。
图7 一枚硬币立在匀速直线运动的高铁列车内
六、先容几种适用的惯性系 1、
地球。可以说地球是我们最常用的惯性系，因此有人称它为
基本参考系。昔时的伽利略和牛顿都是在地球上发现惯性定律的。由于，我们地球在绕日公转的同时，也在自转，以是我们的地球并不是一个真正的惯性系，然则，对于大多数精度要求不高的实验，这个精度是可以接受的。 2、
太阳。以太阳为参照物的惯性系就是说，以太阳为原点，以太阳与其它恒星的连线为坐标轴的参考系。这个参考系是比地球参考系更好的适用惯性系。这是由于，距离太阳最近的其它恒星也在4光年以外。以是说，太阳参考系比地球参考系更好。不外，太阳参考系与惯性系相比也是有误差的。这是由于，太阳受到银河系整个漫衍质量的作用，与银河系内其它星体一起绕银心转动。使用太阳参考系的时刻，若是考察其它恒星运动，这个误差就会显示出来。
图8 太阳系 3、
FK4系。凭据1961年国际天文学联合会决议，现在接纳1963年揭晓的第四基本星表 (FK4)的星位和自行的基本系统作为实际使用的惯性参考系。这个星表包罗 1,535颗均匀漫衍在天空的目视星等亮于 7.5等的恒星。它是以赤道面和春分点作为惯性参考系的参考面和参考点的。这种参考系的制订将不得不以一个庞大的太阳系模子或者地球模子作为依据，会受到地球、太阳系以至于银河系运动的影响。上述基本星表系统实际上只是惯性参考系的一种近似。 4、
射电系。详细叫什么名称我也不知道，只好先这么称谓了。这种方案是比FK4系更好的惯性系。它是行使一系列射电源作为基准，由于射电源是现在观测到的最远的天体系统，以是射电源为基准可以涉及更大局限。若是一个物体相对于宇宙的靠山辐射静止，那么它将看到从差别方向射来的靠山辐射强度都相同，即所谓的各向同性。我们就可以界说这种相对靠山辐射为静止的体系为惯性系的基准，这是研究宇宙问题时，最利便的一种惯性系。
图9 银河系
全文总结 我们早年面的剖析可以得知，
从惯性定律出发的界说的惯性系只是我们理想中的参照系，并不是客观存在的。然而它的界说很主要，是我们研究种种物质运动的基础。虽然我们在现实中找不到真正的惯性系，然则总可以在精度要求允许的局限内，找到合适的参考系，运用数学工具对物体的运动举行研究，这并不会对我们的效果造成非常大的影响。 限于篇幅，本文没有对非惯性系举行先容和探讨，以后有机遇我会在其它的文章里另行先容。希望看完本文的小伙伴，能够对惯性系的明白能有一些辅助。水平有限，可能会有遗漏或者是没说清晰的地方，还请人人原谅。
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