1、力的真實(shí)性問題
力是物體間的相互作用,是物體發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)變化的原因.從力效應(yīng)的真實(shí)性可以判定,力是真實(shí)的.物理學(xué)中有各種性質(zhì)的力：引力、彈力、摩擦力、電磁力、分子力等等,這些都是真實(shí)力.但也有非真實(shí)的力,例如慣性力、慣性離心力、科氏力等,因?yàn)檫@種“慣性力”沒有產(chǎn)生力的真實(shí)效應(yīng).為什么會出現(xiàn)“慣性力”這一非真實(shí)力概念,并且在一些人看來它是真實(shí)的,甚至也有人猜測：慣性力是一種引力.真實(shí)力與非真實(shí)力之所以界線不清,易混淆,原因在于牛頓定律表述上的不嚴(yán)格.
牛頓第一定律的表述是這樣的：物體總保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.即力是使物體產(chǎn)生加速度的原因.據(jù)此,很容易得出這樣一個推論：力的存在是相對的,因?yàn)檫\(yùn)動狀態(tài)是相對的,一個物體相對某一參照物做勻速運(yùn)動,似乎不受力的作用,同一物體的運(yùn)動相對另一參照物又做加速運(yùn)動,似乎又受力的作用.于是人們開始懷疑力的真實(shí)性問題,力是真實(shí)的存在還是我們的虛幻?但是,力確實(shí)是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀實(shí)在.這說明牛頓第一定律的表述存在問題.
牛頓第一定律應(yīng)該改述為：物體總保持原來運(yùn)動狀態(tài),直至有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.這種表述適用于任何參照系,因此,不妨把它叫做廣義牛頓第一定律.廣義牛頓第一定律中的“原來運(yùn)動狀態(tài)”既可能是勻速運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài),也可能是某種加速運(yùn)動狀態(tài),這取決于所選的參照系.物體的這種不受外力時具有保持原來勻速或加速運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)可叫做物體的“廣義慣性”.而物體在不受外力時的原來運(yùn)動狀態(tài)的加速度,在此可把它叫做“慣性加速度”.
根據(jù)廣義牛頓第一定律,物體不受外力的作用既可能做勻速運(yùn)動,也可能做加速運(yùn)動；物體受外力的作用,既可能做加速運(yùn)動也可能做勻速運(yùn)動.物體受力或不受力時究竟做何種運(yùn)動,取決于所選的參照物（系）.因此,“力是使物體產(chǎn)生加速度的原因”這一說法是錯誤的,這種說法正是產(chǎn)生非真實(shí)“慣性力”的理論基礎(chǔ).
2、力是改變物體原來運(yùn)動狀態(tài)的原因從廣義牛頓第一定律不難得知,不管物體處在怎樣的一個參照系中,原來運(yùn)動狀態(tài)如何,只要有外力作用,這個物體的原來運(yùn)動狀態(tài)就會改變.加速度也是運(yùn)動狀態(tài)參量.如果把相對原來的運(yùn)動狀態(tài)的改變,表述為相對于“慣性加速度”的加速度增量,這樣,也就可以說,力是使物體加速度變化的原因,準(zhǔn)確地說,力是使物體產(chǎn)生相對于“慣性加速度”的加速度變化的原因.
從現(xiàn)有的力學(xué)實(shí)驗(yàn)和牛頓定律可以推出：物體相對“慣性加速度”的加速度增量,與作用在物體上的外力成正比,與其質(zhì)量成反比,增量的方向與外力方向一致.如果用a 0表示慣性加速度矢量,a 表示受力后的加速度矢量,F表示外力矢量,則：
F=m（a—a 0）
這一關(guān)系適用于所有的參照系,只是在不同的參照系里慣性加速度a 0不同而已.在此,我們把它叫做廣義牛頓第二定律.牛頓第二定律是廣義牛頓第二定律的特例.廣義牛頓第三定律與牛頓第三定律相一致,適用于任意參照系.牛頓定律,作為廣義牛頓定律的特例,僅適應(yīng)于特殊參照系即慣性參照系.
3、什么是慣性參照系
現(xiàn)在的物理教科書中都是這樣定義慣性參照系的：慣性參照系就是牛頓定律成立的參照系.仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn),雖然這種定義中所反映的牛頓定律與慣性系間的關(guān)系是正確的,但是,這一定義從邏輯上講是循環(huán)定義,并不能說明什么是慣性參照系.本來,牛頓定律是在慣性參照系中的實(shí)驗(yàn)定律,什么是慣性參照系?慣性參照系就是牛頓定律成立的參照系,這種循環(huán)定義非但不能說明慣性系是什么,反而還會產(chǎn)生這樣的歧義：非慣性系也是慣性系,因?yàn)樵诜菓T性系中應(yīng)用牛頓定律時設(shè)想了一個“慣性力”后,有些人把它又視為真實(shí)力,則牛頓定律又能成立,在這些人看來,非慣性系又是慣性系.
根據(jù)廣義牛頓定律,我們可以這樣來定義：慣性參照系就是慣性加速度為零的參照系.在這樣的參照系中,物體不受外力時的加速度為零,即保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài),受外力時有下式成立：
F=ma
也就是說,判斷一個參照系是不是慣性系,要依據(jù)實(shí)驗(yàn)、觀察或設(shè)想,看一個物體在這個參照系里不受外力時（或設(shè)想不受外力時）的加速度是否為零,當(dāng)a 0=0,則這個參照系是這個物體的慣性參照系；如果a 0不等于零,則這個參照系不是慣性參照系.
4、結(jié)論
總之,物理學(xué)中應(yīng)該嚴(yán)格區(qū)分真實(shí)力與非真實(shí)力.為此,可用“慣性加速度”取代“慣性力”這一概念,將牛頓定律改進(jìn)為廣義牛頓定律：
廣義牛頓第一定律表述為：物體總保持原來運(yùn)動狀態(tài),直至有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.這種原來運(yùn)動狀態(tài)的加速度叫“慣性加速度”.
廣義牛頓第二定律表述為：物體相對于慣性加速度的加速度增量與物體所受的外力成正比,與其質(zhì)量成反比,增量的方向與外力方向一致.用公式表示即：
F=m（a—a 0）