UC知道一道物理题引起的深思，一个关于物体平衡的问题！
来源：百度知道 编辑：UC知道 时间：2024/06/06 17:53:27
而牛顿第一定律被称之为惯性定律，它是被确立在惯性参照系下的一个定律。然而，何为惯性参照系？满足牛顿第一定律的参照系就是惯性参照系。显然，这里的定义是一个互相证明的逻辑，也就是说，惯性参照系不是绝对的！通常，我们都是以地球参照系作为既定参照系，这是习惯；在地球上，地球参照系也是惯性参照系，也满足牛顿第一定律，但是，当我们把目光放大，在火星，在木星，地球参照系就是非惯性的了。那么，原先在地球参照系上被定为已经平衡的物体，或许它就不平衡了……
举个简单的例子：匀速圆周运动是不平衡的，匀速直线运动是平衡的；在一条笔直的高速公路上匀速行使的汽车，在地球参照系里，它是平衡的；然而脱离地球，我们可以看到，实际上汽车是在做一个匀速圆周运动，它有离心力，也就是说汽车在运动的时候对地面的正压力要小于它静止的时候！同样的例子，在一列火车中匀速直线前进的人，他是平衡的，但是如果火车现在在加速，在地面上的人看着他就不是平衡的了……
那么，有一个物理题，说的是一汽车匀速驶向一拱形桥梁，有4个答案选项：A汽车受合力为0，B汽车平衡，C汽车机械能守恒，D合外力做功为0。该选哪个答案？昨天我选了AB，因为毕业有好多年了，高中的物理定义有些生疏，今天特意去翻了一下，昨天边聊天边回答问题，一心两用，结果被无数十个人狂骂……很多人都说选D，D的说法其实很不严谨，物理是一门严谨的科学，谁规定了拱桥的两端一定要在同一海拔高度？既然没有这样的规定，即使是整个过程，你也不能说它机械能守恒合外力做功为0不是？另外，有一个朋友举例说自由落体的时候重力做功了，但机械能守恒。我要说的是，这个说法虽然正确，但是不能用来排除C和D的相关性。重力是保守力，保守力做功，机械能守恒；但是耗散力（比如摩擦力）做功机械能就不守恒！而汽车在桥上能匀速行使，所以摩擦力做功了，那么这和自由落体就失去了比较性！
剩下的AB，诚如之前所言，在地球参考系确实是错的，但是真的把目光放宽，汽车径向上离心力与向心力平衡，切向牵引力、摩擦力和重力的切向分力组合平衡，受力平衡了，那么汽车本身自然也平衡了……就向卫星，如果它的径向力不平衡，那么它要么飞走要么坠毁。在这个问题上，D既然不严谨，和刚才分析一样，我认为它和C都是
其一，关于楼主说的，一个物体可能在这个参考系中是平衡的，但在另一个参考系中就不平衡了，我认为是正确的。
其二，楼主说“牛顿第一定律被称之为惯性定律，它是被确立在惯性参照系下的一个定律”，我认为并非如此。以我的理解，牛一被称为惯性定律的原因是因为它描述了物体的惯性。它确实是在惯性参考系内总结出的一条规律。不过，由它来定义惯性系，我认为不会引发逻辑混乱。若验证某一参考系为惯性系，从逻辑上讲，应该是这样的过程：由实验得出牛一成立，由牛一成立得出该参考系属惯性系。所以，一个参考系是不是惯性系是绝对的。（除非我们以火车为参考系，火车一会儿加速，一会儿匀速……我当然不是这个意思）
其三，我理解的楼主关于地球参考系的看法是：地球参考系是个惯性系。我认为这是不正确的，至少是不严谨的。从严格意义上讲，地球是非惯性系。这就是地理学上所谓“地转偏向力”的来源——以非惯性系地球为参考系时，物体所周德惯性力。而我们通常所说的“地球是个惯性系”，是忽略地球自转后的近似情况。
其四，楼主第4段中论证D选项的不严谨性时，所说的“它机械能守恒合外力做功为0”，是一个错误的推论。惯性系中，若已知某物体在某过程中机械能守恒，不能推知该物体所收的合外力在该过程中是否做功。合外力做功为0可以推出的结论是该物体动能不变。所以，从这一点推出该选项不严谨的推论，我认为是不正确的。
其五，楼主再第5段中说的“把目光放宽，汽车径向上离心力与向心力平衡”似乎也有小的问题。
首先，汽车所受的离心力和向心力分别是什么力？（这两种“力”都是在描述一个力作用的效果，它可能是任何一种性质的力）
其次，楼主“把目光放宽”后所选取的参考系是惯性的吗？
如果不是，那么由于不知道该参考系的情况，我们无法判断汽车的惯性力的情况，所以我认为无法研究。
如果是，那么地球在这一参考系内的运动情况是怎样的呢？不论是题目还是楼主都没有说明。比较常见的参考系有：一、地球在其内静止（或匀速直线运动）的，如地心；二、太阳。既然楼主选择了地球卫星类比，那么我姑且认为楼主第5段关于汽车受力的推证是在第一种参考系内得出的。那么我们接下来就在这样的参考系中研究汽车。
从对汽车的受力分析来说（既然问题主要集中在径向，我们不