浅议惯性与参照系的关系

姚黎豪

摘要：对在运动进行描述时，需要选取一定的参照系，所选择的参照系不同，那么对物体运动的描述就会不同。要判断一个参照系是否为惯性参照系，需要通过实验来验证。而在对牛顿第一定律进行表述时，我认为要判断所选取的参照系是否为惯性系，其判断的依据就是牛顿第一定律是否成立。

关键词：惯性 参照系 关系

惯性系是一种十分理想化的参照系，引力不会对其起到任何作用，且其自身不存在加速度，是一种较为自由的参照系。在牛顿第一定律中，对惯性系进行定义，因此，我认为对惯性与参照系的关系进行研究非常有必要。

一、惯性与参照系

惯性是指物体保持静止或者匀速直线运动状态的性质，其是物体的一种固有属性。我认为，物体都有其自身的运动状态，而惯性所表现的就是物体对这一状态变化的阻抗程度，而对惯性大小进行衡量时，衡量的标准便是物体的质量。比如，在物体不受外力时，惯性表现为物体的状态维持不变；当其受到外力的作用且外力不为0时，其状态就会发生改变。

参照系是在对物体运动情形进行研究时，所选定的具有参照作用的物体，或者彼此之间不存在相对运动的物体系。将牛顿定律作为判断依据，如果其在参照系中成立，那么就认为其是惯性参照性；如果牛顿定律在参照系中不成立，那么则认为此参照系是非惯性参照系。我认为参照系具有以下特点：首先，可被作为参照系的物体都是假设处于絕对静止状态的，而被研究物体的运动状态是相对于参照系来说的。其次，任何物体都可作为参照系，因此，可根据研究需要，进行合理选择。最后，在不同的运动进行比较时，应在同一参照系中进行。

二、惯性参照系的判断依据是牛顿第一定律

动力学问题是高中物理研究的重点问题，而在解决此类问题时，比较常用的是牛顿第一定律和牛顿第二定律。在运用牛顿定律时，我认为最重要的就是要确定惯性参照系。我们都知道，在经典力学中，绝对静止的参照系是不存在的，因此只能假设存在这样的参照系，能够利用此参照系对牛顿定律进行表述，而惯性参照系是相对于绝对静止的参照系而言的，相对于其做匀速运动的参照系便被定义为惯性参照系。所有的质点在运动过程中发生的位移、速度等，在不同的参照系中所取的值是不同的，但参照系之间彼此是做匀速运动的，所以质点在不同参照系中所表现出的物理规律都是相同的。

在我们高中物理的学习中，从严格意义上来说，作为恒星的太阳，属于惯性参照系。通过高中物理的学习，我们都知道存在于宇宙空间内的物体都是处于运动状态的，所以，绝对静止的物体的不存在的，那么绝对静止的参照系也只是相对其他参照系而言的。假设太阳是非惯性系，其以一定的速度和半径围绕着银河系的中心旋转，于是可以将其向心加速度计算出来，也就是说我们计算出太阳单位质量上承受的力，即310-10N。如果我们要求的精度比计算值更低，那么就可将太阳视为惯性系。

三、地球是常用的惯性参照系

众所周知，地球有自转和公转，我认为在将地球作为惯性参照系时，需要忽略掉其自转，否则就无法对地面及其附近的物体进行研究，且研究的是物体在短时间内的运动状况。之所以要强调短时间，是因为地球公转一周所需的时间很长，“短时间”是相对这一时间而言的。于是，可将太阳作为参照物，认为地心是在做匀速直线运动。比如，在自由落体运动中，受地球自转的影响，地面上不同的地方产生的加速度是不同的，而最大的加速度是0.034m/s2，与地面附近的重力加速度相比，其要小得多。因此，我认为这是在自由落体运动中不考虑地球自转的主要原因。所以，我们所学习到的自由落体运动，其运动方式是竖直下落。

但是，如果我们要对自由落地运动做进一步的研究，则会发现其落地点并不是在物体的正下方，而是略微有所偏离，偏离方向为东方。我认为出现偏离的原因就是地球的自转。因此，在对此问题进行研究时，是需要考虑地球自转的，所以不能将地球作为其惯性参照系。

此外，如果所研究的物体运动存在于较小的范围内，而在这个较小的范围内，可以将水平地面近似的看作平面。那么，此物体也可认为是惯性参照系。而在对二体问题进行研究时，最为常用的惯性坐标系是质心坐标系，这主要是因为研究对象是两个质点，且两者的受力是相互之间的作用力，除此之外便不受其他力的作用。所以，将惯性坐标系作为参照物，可以发现质心没有加速度。并且，在加入一定辅助量的情况下，二体问题便能得到简化，成为一体问题。

四、结语

综上所述，在研究物体的运动状态时，必须在选定参照系，而其中的惯性参照系是相对于牛顿定律而言的。当牛顿定律在参照系中成立时，则可认为其是惯性参照系。目前，我认为在物理学中，普遍使用的惯性参照系便是太阳和地球。

参考文献：

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