打字猴:1.701106547e+09
1701106547 可以说,当我们用测力计测量力时,或者使力与一个重物平衡时,我们正是企图使这个定义具体化。为简单起见,我将假定两个竖直向上的力F和F’分别施加在两个物体C和C’上;我把同一个重物P先挂在物体C上,然后挂到物体C’上;如果在两种情况下出现了平衡,我将得出结论说,两力F和F’彼此相等,因为它们每一个都等于物体P的重量。
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1701106549 但是,我能够确信当我把物体P从第一个物体移到第二个物体时,物体P保持同一重量吗?远非如此;我确信情况截然相反;我知道,重力的强度从一点到另一点是变化的,例如,它在两极比在赤道为强。无疑地,差别是极其微小的,实际上我们可以不考虑它;但是,适当构造的定义应该具有数学严格性;这种严格性却不足。我就重力所说的话显然适用于测力计的弹性力,温度和许多境况都可以使弹性力变化。
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1701106551 问题并未就此而已;我们不能说物体P的重量可以施于物体C且直接与力F平衡。施加于物体C的,是物体P加于物体C上的作用A;一方面,物体P部分地受到它的重力的作用;另一方面,受到物体C施加在P上的反作用R。结果,力F等于力A,因为F与A平衡;根据作用与反作用相等原理,力A等于R;最后,力R等于P的重量,因为R与P平衡。正是从这三个相等中,我们从而推论出F与P的重量相等。
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1701106553 因此,在定义两个力相等时,我们不得不引入作用与反作用相等原理;由于这个原因,这个原理必须不再被认为是实验定律,而是一个定义。
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1701106555 在这里为辨认两个力相等,我们于是具有两个法则:相互平衡的两力相等;作用力与反作用力相等。但是,正如我们在上面看到的,这两个法则是不充分的;我们不得不求助于第三个法则,并且假定某些力,例如物体的重量,在大小和方向上均为常数。但是,正如我已说过的,第三个法则是实验定律;它仅仅是近似真实的;它是一个拙劣的定义。
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1701106557 因此,我们被迫回到基尔霍夫的定义力等于质量乘以加速度。这个“牛顿定律”本身不能认为是实验定律,它现在仅仅是定义而已。但是,这个定义也不充分,因为我们不知道质量是什么。它无疑能使我们计算在不同时刻施加在同一物体上的两个力的关系;但它无法告诉我们施加在两个不同物体上的两个力的关系。
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1701106559 为了完善这个定义,必须重新返回到牛顿第三定律(作用与反作用相等),再次认为它不是实验定律,而是一个定义。两个物体A和B相互作用;A的加速度乘以A的质量等于B施加于A上的作用力;用同样的方式,B的加速度与其质量之积等于A施加于B的反作用力。按照定义,因为作用力等于反作用力,所以A和B的质量与它们的加速度成反比。在这里,我们定义了这两个质量之比,而且证实这个比率是常数的正是实验。
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1701106561 假使只有物体A和B在场,它们不受世界上其余物体的作用,那么这个定义便是十分完好的。可是情况根本不是这样;A的加速度不仅仅是由于B的作用,而且也是由于其他物体C,D,……的作用。为了运用前面的法则,因此必须把A的加速度分解为许多分量,并辨认这些分量中的哪一个是由于B的作用。
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1701106563 如果我们假定C施加于A的作用力简单地加在B施加于A的作用力上,而且改变B施加于A的作用的物体C并不存在,或者改变C施加于A的作用力的物体B并不存在,那么这种分解还是可能的;因此,如果我们假定任何两个物体相互吸引,它们的相互作用沿着它们的连线,而且仅取决于它们相隔的距离;一句话,如果我们假定有心力假设,那么这种分解也是可能的。
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1701106565 你知道,为了决定天体的质量,我们利用完全不同的原理。万有引力定律教导我们,两个物体的引力与它们的质量成正比;若r是它们之间的距离,m和m’是它们的质量,k是常数,是它们的引力将是kmm’/r2。
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1701106567 于是,我们正在测量的不是作为力与加速度之比的质量,而是引力质量;它不是物体的惯性,而是它的引力。
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1701106569 这是间接程序,这个程序的使用在理论上并不是必不可少的。很可能,引力与距离的平方成反比,而不与质量的乘积成正比,它等于f/r2,而不是我们所具有的f=kmm’。
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1701106571 假若如此,我们通过观察天体的相对运动,仍然可以测量这些天体的质量。
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1701106573 可是,我们有权利承认有心力假设吗?这个假设严格正确吗?能肯定它永远不会与实验矛盾吗?谁敢肯定这一点呢?如果我们必须抛弃这个假设,那么如此辛苦建造起来的整个大厦就要崩溃了。
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1701106575 我们不再有权利说A的加速度的分量是由于B的作用。我们无法把它与由于C或另外的物体的作用所产生的加速度区别开来。测量质量的法则变得不能应用了。
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1701106577 作用与反作用相等原理还留下什么东西呢?如果舍弃了有心力假设,这个原理显然应该如下阐述:施加于与所有外部作用隔离的系统中的各物体上的几何合力将为零。或者,换句话说,这个系统重心的运动将是匀速直线运动。
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1701106579 我们似乎有办法定义质量;重心的位置显然取决于质量所具有的值;有必要以这样的方式安排这些值,使重心的运动可以是匀速直线运动;如果牛顿第三定律是真实的,这将总是可能的,一般说来,这只有在一种方式下才可能。
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1701106581 但是,不存在与所有外部作用隔离的系统;宇宙的各个部分都或多或少地受到所有其他部分的作用。重心运动定律只有应用于整个宇宙时才是严格真实的。
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1701106583 但是,为了由此得到质量的值,有必要观察宇宙重心的运动。这个结果的荒谬是显而易见的;我们只知道相对运动;宇宙重心的运动对我们来说依然是永远不可知的。
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1701106585 因此,什么东西也没有留下来,我们的努力毫无成果;我们被迫退到下述定义,这只不过是一个无能为力的声明:质量是为计算方便而引入的系数。
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1701106587 我们能够通过把不同的值赋予所有质量而重建全部力学。这种新力学既不会与经验相矛盾,也不会与动力学的普遍原理(惯性原理、力与质量和加速度成正比、作用和反作用相等以及重心的匀速直线运动、面积原理)相矛盾。
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1701106589 只是这种新力学的方程不怎么简单。让我们清楚地理解一下:不怎么简单的只可能是头些项,这就是经验已经使我们知道的那些项;人们也许可以稍微改变一下质量,而不使完全方程在简单性方面有所得或有所失。
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1701106591 赫兹(Hertz)曾经提出了一个问题:力学原理是否是严格真实的。他说:“在许多物理学家看来,最间接的经验在任何时候都可以改变牢不可破的力学原理中的一切,这是不可思议的;可是,从经验中得来的东西总可以由经验矫正。”由于我们刚才所说的,这些担心似乎是毫无根据的。
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1701106593 对我们来说,动力学原理乍看起来好像是实验的真理;但是,我们不得不把它们作为定义来使用。正是按照定义,力等于质量与加速度之积;于是,这里就有一个今后不受任何进一步的实验影响的原理。同样根据定义,作用等于反作用。
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1701106595 但是,有人会说,这些不可检验的原理完全没有任何意义;实验不能反驳它们;然而,它不能告诉我们任何有用的东西;这样一来,研究动力学有什么用处呢?
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