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惯性质量的意义

时间:2020-12-26 来源:计量校准 点击:次

惯性质量的意义
 
在牛顿定律中，质量的概念是作为物体惯性的度量而提出的。实验表明，不同的物体受到相同的力作用时，一般来说，它们的加速度是不同的。例如，如上所述，当用相同的力推动空车和卡车时，空车获得的加速度大于卡车获得的加速度。这说明在外力的作用下，物体获得的加速度不仅与力有关，还与物体本身的某种特性有关。这个特点就是惯性。在相同力的作用下，空车获得的加速度较大，说明其维持原运动状态的能力较小，即惯性较小；卡车获得的加速度小，意味着它有很大的能力维持原来的运动状态，即有很大的惯性。在物理学中，引入惯性质量等物理量来表示物体的惯性。当然，这里所说的“物体”还是应该理解为指一个质点。所以可以说，惯性质量是把一个物体看成质点时对其惯性的度量。如前所述，实际物体只有平移时才能被视为质点，所以惯性质量是物体平移时惯性的度量。由于平移惯性是物体的固有属性，所以无论物体是否在平移，谈论惯性质量都是有意义的。
前面已经提到过，物体除了平动惯量之外，还有转动惯量。比如，用什么来测量物体绕固定轴旋转的转动惯量？根据第一部分得到的转动定律M=I，表明刚体绕固定轴转动，如果对不同转动惯量I的物体施加相同的外力矩M，得到的角加速度是不同的：转动惯量越大，物体得到的角加速度越小，表明物体保持原来的转动状态，即转动惯量越强；反之，惯性矩越小，物体获得的角加速度越大，说明保持转动初始状态的性质越弱，即惯性矩越弱。因此，惯性矩是物体惯性矩大小的量度。
由于惯性质量是衡量物体平动惯量的一个尺度，根据其本身的含义，我们可以看出，将其与术语“转动惯量”进行比较，将其重新命名为平动惯量是合适的。但是由于历史原因，我们已经习惯了“惯性质量”这个术语。一般情况下，“惯性质量”简称“质量”。
数量是密切相关的，但不仅仅由质量决定。实际上，物体相对于轴的惯性矩取决于物体的质量、质量分布和轴位置。举个例子，根据上面的公式，质量为m，半径为r的匀质球对其直径的惯性矩为。质量为m、半径为r的均匀圆盘相对于垂直于圆盘表面的轴的惯性矩(图1左侧)为
可以进一步看出，必须区分转动惯量和平移惯量。
(2)计量检测惯性质量的测量。
如前所述，要定义一个物理量，需要相应地指定其测量方法。为了测量质量，可以作出如下规定：每个物体的质量与它们在相同外力作用下获得的加速度成反比，即，
F=ma
选择某个标准体(如千克原器件)作为惯性质量的标准，用上述关系式测量加速度，将其与标准体的惯性质量进行比较，即可计算出其他物体的惯性质量。如果m0是质量标准，有
可以确定另一个物体的质量m，原则上可以获得质量的度量。
由于在这种测量方法中使用了人为规定的公式(1)，因此很容易与牛顿第二定律中的公式相比较
F=ma
这个客观规律的表述比较混乱，所以有人误解为牛顿第二定律是质量的定义或者质量的测量方法。

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