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在通过经典力学的学习后心中总存在一些矛盾:月亮和卫星总在天上转不掉下来;而我们扔石子无论怎样扔它们就是挂不住;微观中说电子也是永不停息地绕原子核转动,力学公式也找不到这些转动的依据,问同学、老师换来的回答总是:别问那么多!有些问题没必要深究!深究没有意义!

这样一来,我只有靠自己想办法搞清楚这些问题了,我始终认为这些没必要深究和深究意义的问题就是一般物体运动规律被实质性屏蔽的主要原因。下面我们一步步的来,我很贪玩还很懒,千万别逼我,要耐心等待。

一、惯性定律物体在没有受到任何外力的作用下,物体会保持原来的静止或匀速运动状态

对于这样一个定律,它本身并没有任何错误,只是非常局限且在我们现实的宇宙空间根本就不存在无外力作用的环境。因此我认为对其进行一定的修改后还是很实用的,怎样修改?

大家试想想:在我们的空间环境中受力环境是一个什么样的情况?我先作一个简单的举例,我们人和地球表面及上空的物体没有相对运动的时候都受到了一些什么力的作用?主要是什么力?我想只要学过初中物理的人都会很准确地回答:主要是重力。当然我们同时也会受到太阳、月球、和其它星球的相对小很多的引力作用。但反过来分析,在太阳表面和其上空的物体相对静止时又会受到什么力的作用?当然大家也会毫不含糊地回答:太阳引力。但是太阳表面及其上空的物体同样会受外星引力的作用,同样相对小很多……。

同理我们不难得出在外星体(物体、物质微粒)引力不足以与本星体(物体、物质微粒)引力进行比较时,运动是以本星体(物体或物质微粒)质心为焦点的运动,凡是受本星体的引力影响的物体运动都是变速运动,运动轨迹是:不同运动方向有不同方向的以质心为焦点的椭圆运动轨道。只有当物体受到的引力是一个恒量时,轨道是以本星体质点为圆心的匀速圆周运动。

我们的宇宙空间绝对不存在没有质点的任何引力环境,因此也不可能有真正意义上的匀速直线运动,在我们的宇宙中实质上的直线运动是不同的直线往复运动。

在我们观察条件不足以与星球半径相比较时,这种圆周运动可以近似地看着匀速直线运动。但不能将物体运动规律的实质忽略,在一般的教学中一定得说明现实中的匀速直线运动是有绝对误差的,在一般的运动速度和距离内观察不到这个误差,只有这样才能自然地将人们对自然规律的认知引导到正确的方向上来。在高速运动和长距离实验和长时间物体运动中这个误差会变得非常明显。

下面用一段图片来说明:

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上面的图中是两种情况:图一都是静止的;图二都是以相同的初速度出发在相同时间内的三种不同受控物体的运动轨迹和位移,从上面图中我们可以看到物体在不受引力控制下会一直保持匀速直线运动;而控制在直线上的物体受引力控制的运动会在引力体前后作变速运动——摆动,当物体运动速度很大时,在较短时间内产生的位移与物体到质心距离没多大比较意义时,物体的运动速度可近似地看作匀速直线运动;而物体在受到质体恒定引力控制下会一直保持匀速圆周运动,当物体圆周运动的线速度很小时,运动物体较短时间产生的位移与轨道半径无比较意义时也可以近似地看作匀速直线运动。

对一般物理现象的观察,很多的人都认为没必要去深究,实用就行。但是有很多的自然规律的基础不深究我们就不能发现,基本的认知会将人们对自然现象的观察、分析和研究引向一个不同的方向,会从根本上改变人们对自然的认识。

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有了以上的一些认知,我们可以分析和判定:后来的对平抛物体运动、斜抛物体运动等在分析和数字运算公式的建立上是否有错,错在什么地方?下面继续举例说明:

如图,我们中学教科书在分析斜抛物体运动时,通过一般实验得到的就是这样的运动轨迹。为了提示误差和真实的自然规律,在这里我是把地心缩短了后便于分析和观察,原理是一样的,这样做的结果是把现象放大增强认识。我们学过高中物理的都知道一个定律公式,F=f(m1m2)/r^2、F=ma或G=mg,在这个图中,我们可以很明显地看到斜抛物体的轨迹绝对性的误差,平抛物体的运动用这种方法进行分析也自然会明白。而实际的运动情况又将如何呢?下面的图综合了多种速度和方向上的物体运动轨迹供大家参考。

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至此,我们不难发现经典力学中对一般物体运动的分析中直接缺失了一个变量引力、引力的源点质心,因此分析出来的运动就是永远不可闭合的直线轨迹运动和以高度加时间的二次函数轨迹,自然就屏蔽了一般物体运动的真实轨迹:是以质心为焦点的不同形状的椭圆(或不完整的椭圆)轨迹。

出现这种屏蔽主要是因为我们是站在一个一般实验不可比的非常大的质体上,一般观察在之前的物理实验中无法察觉。而事实上还不光是一般物体运动如此,在后面的牛顿第二运动定律中作用力的分析,我们同样还有新的发现:能量的传递速度与力的作用速度这两个新的物理概念的重要性。

二、牛顿第二运动定律:物体的加速度与受到的作用力成正比,与物体的质量成反比。公式为:

F=ma,

铁血网提醒您:点击查看大图物体初速度为“0”时F=mv/t因为v=at

物体初速度为V0时F=m(v-v0)/t

F是作用力,m是物体质量,a是加速度,v0是初速度,v是物体末速度, t是加速时间。

关于经典力学(牛顿力学)不适用这个问题的分析,之前的说法主要有:

第一种说法,当物体运动速度很大,大到接近光在真空中的运动速度30万千米/秒的时候,牛顿定律便不能适用,原因之一是牛顿的质量概念还不够全面。因此爱因斯坦就提出了运动物体的质量公式:m=m0/(1-v2/c2)1/2

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m是物体以速度V运动时的质量,m0是物体静止时的质量,C的光速。

根据上面的质量公式我们不难分析得出:当物体运动速度大到光速时物体的质量都是无穷大,这样的结果难道不够荒唐吗?

有说从微观实验中发现许多微观粒子如质子、中子、电子等质量随着运动速度的变化而改变。那么按照上述公式和光是粒子的说法来推论,光子的质量应该是无穷大吧,根据这一道理那么任何物体被光照射必将灰飞烟灭吧,但事实是一般物体被光照射时除反光外基本没变化。因此这一质量的数学模型公式存在绝对错误。

第二种说法是,牛顿定律是从那些由大量原子、分子组成的物体的运动情况中总结出来的。所以对于电子、质子、中子等结构成原子的基本微粒之间的相互作用来说,牛顿定律也不再实用。对于基本粒子间相互作用的力学问题,要由量子力学来解决。

但事实上物体运动的规律不管微观和宏观都应该存在一种基本的规律,只是人们在观察的过程中忽略了一些主要影响因素,有些影响对现象判断的正确性是非常致命的,在之前的各种力学中能量的传递速度就是一个直接被忽视的一个重要物理量。

能量的传递速度是多少?从之前的很多有关物理实验中我们不难发现并得出了一个结论:任何物体的运动速度都不能超过光速。因此能量的传递速度就是光速,因为能量的传递主要是通过场(引力场、电场、磁场)的变化来传递,在一般物体运动中感觉不到这些现象,因此在分析中就少了这一个环节。但在天体运动和微观粒子运动中就很明显了,但是在实际的实验研究中,都没在意能量的传递速度这一物理量,下面我又举经典力学中动量定理的数学公式来分析:

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或Ft=mv2-mv1

上式中作用力F在时间t内的冲量是Ft,结论是:一个物体在时间t内的动量改变,等于作用在物体上的外力在相同时间内的冲量。按上述数学公式我们可以推论得出:当作用力不能使物体改变速度时,F就等于“0”。但事实上是这样吗?当然不是,F根本不等于“0”;那么反过来,恒量的F作用刚性物体时,作用时间t应该等于“0”,这样的等式又如何成立。因此上述数学公式也建得不够完全,实质上也是因为忽略能量传递速度这一重要因素。

发现了上述问题的实质,我们就得想办法解决和处理好,如何处理?我们首先来分析能量传递速度与物体运动速度的关系是什么?

我们已经知道能量的传递速度是光速c,物体运动速度v总是与c有一个比较值v/c,在分析运动物体动量时我们应该考虑到物体的运动速度不能加速能量的传递速度,真正运动物体的动量就必须减去物体运动带来的影响,P=mv(c-v)/c,这样我们的动量定理公式就可以变成Ft=mv2(c-v2)/c-mv1(c-v1)/c,也可以写成

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从上面这个公式我们再来分析:当物体受力不产生运动时,式中V1=0,V2<>0,式中分子就不等于“0”,作用时间趋近“0”但不等于“0”,因此作用力F会非常强大;当物体运动速度接近或等于光速时,式中分子接近或等于“0”,作用力F会接近或等于“0”,因此运动中作用力会产生变化,运动物体质量不会随意的变化。

力是能量传递效率的一种表现形式。

能量会因不同物质和不同物质结构的物体中的传递形式不同而整体的传递速度不同:

1、 物质结构的压缩性不同而能量传递速度不同,压缩性很低而坚硬的物体能量的传递效率很高,相反较低。

因为物质微粒间平均距离的大小决定物体的压缩性。在能量传递媒质时力的表现上呈现:容易压缩的物体对力的传递反映较慢,不容易压缩的物体对力的传递反映很快。这主要是分子间能量的传递过程使整个物体在力的传递效果上产生了变化。

比如水蒸汽和水对声波的传递,声波实质是一种能量,当声源触及传递媒质的时候就会产生作用力,因为物质结构的压缩性而变成波的传递形式从一端传递到另一端,因此声波的传递就是力的另一种表现,从声波的传递得知水蒸汽中的能量传递速度就比水慢得多。

2、 物质微粒质量越大物体能量传递速度越慢,相反单个物质微粒越小的物体能量传递速度越快;注意这与相同体积物体的质量是不同的,如油类单位体积的质量比水轻,但是水分子却比油类的分子轻,因此在作为能量传递媒质,油类传递速度比水慢,而水中反而会快一些。

3、 能量传递在各种物质结构的物体中扩散不同,流体中这种扩散尤其明显。

4、 能量的传递速度决定于传递效率差的物体。

至此,我们不难通过这一公式的分析和研究得到一个结论:任何物体的运动速度不能超过光速,这是因为能量传递不会因高速运动的物体而加速,能量在真空中的传递速度是光速;同时,物体运动速度接近光速质量会增大这一说法是错误的,要加速高速运动中的物体的难度不在于高速运动中的物体质量会相应增加,而是因为对高速运动中的物体进行加速时会受到能量传递速度的限制而减小实际的作用力;同理原子核的能量同样会受到这个限制,这样相对论中的几个基本物理理论公式得通过论证作出实用性的评估。

很多之前无法解释的一些现象通过能量的传递速度这一物理因素的加入而得到比较合理的解释,经典力学并不是不适用,而是我们在观察和分析一些物理现象时忽略了或者没注意到一些因素的影响,的确经典力学的一些分析方法也存在不足和错误,但是我们发现后就得通过论证及时进行修改,这样才能在今后的科学研究中少犯错误和走更多的弯路,最关键的是对后代的科学教育方面能给予正确的导向。

(可惜这里插入视频我还不会,要看视频只有到我的新浪博客http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ece9e490102w11r.html

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