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動力學(xué)新論

2013-04-12 00:00:00謝定輝
教育教學(xué)論壇 2013年23期

摘要:創(chuàng)新帶動社會進(jìn)步,千百年來,辛勤的人們就是通過不斷的認(rèn)知、否定再認(rèn)知的過程,來完善自我對自然和社會的了解,并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造出無限的社會財富。物質(zhì)世界是變化發(fā)展的,從來沒有永恒的定理或者真理。在社會不斷發(fā)展的過程中,我們要根據(jù)客觀事實,大膽地去嘗試在原有定理的基礎(chǔ)上,提出自己的見解,并付出實際行動去證明自己的觀點。

關(guān)鍵詞:動力學(xué)新論;牛頓定律;物理學(xué)

中圖分類號:O31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)23-0144-05

牛頓定律是我們大家都非常熟悉的一個定律。雖然它經(jīng)過了幾百年,又得到許多人的認(rèn)可,但它的理論認(rèn)識只停留在事物的表面,比如:就牛頓運動第一定律來說,一切物體總保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變。那物體為什么會保持不同速度的勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)呢?是因為不再受到外力了嗎?不是,因為不受外力根本就產(chǎn)生不了任何一個勻速直線運動的速度和方向;而勻速直線運動是有速度和方向的,那是什么原因產(chǎn)生了這些不同速度的勻速直線運動呢?實踐證明:產(chǎn)生這些不同速度的勻速直線運動是在不受外力之前、受外力時產(chǎn)生的。當(dāng)時你給受力物體加多少力時,受力物體的動力就會增長多少,運動速度就會加快多少;減多少力時,受力物體的動力就會減小多少,運動速度就會減慢多少;不加不減力時,受力物體的動力就不會再產(chǎn)生增減,物體就會憑借此力保持此速此向。所以勻速直線運動不是物體本身固有的一種自然屬性、慣性,它是隨力的大小不斷改變的一種量度。

那為什么牛頓當(dāng)時就認(rèn)定:當(dāng)物體不受外力時就等于受力物體沒有力;受力物體的動力也不會因外加減力的傳遞時間而產(chǎn)生增減呢?

這個問題還要從兩千多年前說起,當(dāng)時亞里士多德提出:力是兩物體相互作用,直到十七世紀(jì)牛頓又提出;兩物體相互的一對力總是大小相等、而方向相反,并作用在一條直線上。正因為如此:牛頓才認(rèn)為:當(dāng)不給受力物體外加減力時,兩物體就不再相互作用了,也就等于受力物體沒有力;它之所以運動是因為物體本身固有的一種自然屬性、慣性;受力物體的動力也不會因外加減力的傳遞時間而產(chǎn)生增減,因為它們之間的一對力總是大小相等、而方向相反,并作用在一條直線上。

在兩千多年前:物質(zhì)與能量之間的認(rèn)識不是很清楚,物質(zhì)、物體內(nèi)的能量與能量之間的轉(zhuǎn)化、傳遞容易被物體的表面所代替,就像物體相互能產(chǎn)生光、電、熱、力、聲音等等能量一樣,從表面上看,它們都是兩物體相互作用的結(jié)果,實際上是這些能量在物體、物質(zhì)之間發(fā)生轉(zhuǎn)化與傳遞,只不過它們都儲藏于物體、物質(zhì)之中,都需要物體、物質(zhì)相互時才能轉(zhuǎn)化與傳遞。所以我們現(xiàn)在要證明的是:力是由能量相互轉(zhuǎn)化而來還是由兩物體相互作用而來?這將會用它們來證明:力是不是使物體運動?受力物體的動力會不會因外加減力的傳遞時間而產(chǎn)生增減?

實踐證明:電動機(jī)、蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)動是電能、熱能轉(zhuǎn)化出來的力,多少電、熱能產(chǎn)生多大的力可以用公式來計算,不是兩物體相互作用而產(chǎn)生的力,你想:兩物體相互在一起,不消耗能量,也沒有第三物體給它們傳力,它們之間能產(chǎn)生力嗎?

我們還可以做這樣一個實驗:在一個光滑水平桌面上放兩輛小車,一小車裝有小電機(jī)和線繞小輪,線端系著另一輛帶有砝碼的小車,使二者質(zhì)量相等,電機(jī)旋轉(zhuǎn)時,兩輛小車相向而行且在任何時間內(nèi)通過相等的距離。這個實驗證明了:是電能轉(zhuǎn)化出來的一對大小相等而方向相反的力;不是人們所想的:這一對力的產(chǎn)生是小車對小車的作用結(jié)果。你想:如果小車沒電的時候,兩小車還能產(chǎn)生這一對相反的力嗎?

通過上面的實驗分析得知:這一對大小相等,而方向相反的力是由一小車上的電能轉(zhuǎn)化出來的,而另一小車只是作為這一對相反力的分力媒介,所以這一對相反的力并沒有經(jīng)過合并交叉點,而是從零點向兩邊分開的一對相反的力。也說明了任何一種能量轉(zhuǎn)化成一對相反的力時,都是從零點向兩邊分開的一對相反的力。一分二,所以兩物體就會反向運動。

而牛頓運動第三定律的作用力與反作用力呢?就不是一個物體上的能量轉(zhuǎn)化出來的一對相反的力,它表明:力是兩物體相互的作用結(jié)果,是兩物體各自相互時產(chǎn)生的一對相反的力。它的實驗是:甲給乙物體一個作用力,乙必給甲物體一個反作用力,所以這一對相反的力是來自于兩個物體,并且是相互相向傳給對方使兩物體分開運動的,是一對必須要經(jīng)過合并交叉點的力。

分開理解是想得通的,甲給乙物體一個作用力使乙物體向右運動,乙給甲物體一個作用力使甲物體向左運動。但要在同一時間內(nèi),甲給乙物體的力和乙給甲物體的力能經(jīng)過合并交叉點使兩物體分開運動嗎?實踐證明:反向力作用在一起時,只有一方的力大于另一方的力余下的力才能使物體運動。相等時就會相互抵消,轉(zhuǎn)化為光、電、熱、聲音等等能量。

那為什么我們在光滑水平桌面推一個物體,兩個物體會同時分開運動呢?這是因為你身體里的化學(xué)能轉(zhuǎn)化出了一對相反的力,分別傳給了你的身體和這個物體,所以你和這個物體會同時分開運動。但是當(dāng)你在給這個物體施力時,你會感覺到這個物體有力給你,這是因為這個物體正在接受你給它傳力的一種反應(yīng),不可能沒有接受你給它傳力的這種反應(yīng),你能把力傳給它,所以這個物體只是在接受力,不是用力去抵你的力。理由一:如果這個物體真的有同樣大的力給你,那么你和這個物體都不會運動,因為這已經(jīng)構(gòu)成了反向力作用在一起時,只有一方的力大于另一方的力余下的力才能使物體運動;理由二:你給它施力是因為你消耗了化學(xué)能轉(zhuǎn)化出來的力,它沒有給你施力是因為它沒有消耗能量轉(zhuǎn)化成力?而且水平面光滑,它在水平方向也失去了第三物體給它傳力,它給你的力從何而來,總不至于只要兩物體相互就能蹦出來吧!

力不可能無中生有,也不可能憑空消失,一個物體要產(chǎn)生力,就必須要自身消耗能量轉(zhuǎn)化成力或由別物體給它傳力,消失時也同樣,把力傳給另一物體或受到相反的阻力與它抵消完為止,轉(zhuǎn)化為別的能量。不是經(jīng)典力學(xué)所寫的:只要兩物體相互就有力了(力來無影),不相互就沒了(力去無蹤)那么簡單;不只是力,包括任何一種物質(zhì)或能量都是這樣。當(dāng)一種新的物質(zhì)或能量出現(xiàn)的時候,就必須由另一些物質(zhì)組合或由別的能量轉(zhuǎn)化;消失時也同樣:組合成別的物質(zhì)或轉(zhuǎn)化成別的能量,這是任何一種事物都不能違背的守恒定律。雖然萬有引力定律表明:引力的大小與物體的質(zhì)量成正比,但它并不能證明:引力就是物體的質(zhì)量產(chǎn)生的,因為兩物體的距離改變會引起引力的大小改變,但它不會引起物體的質(zhì)量改變,據(jù)事物守恒定律:一種事物的能量增多就必有另一種事物的能量減少。所以引力不是物體的質(zhì)量產(chǎn)生,但可以確定的是:質(zhì)量是表示物質(zhì)的多少,也是儲藏正、負(fù)電荷量產(chǎn)生引力的大小-引力是核電磁場產(chǎn)生的。

牛頓運動第三定律在做實驗時,(1)沒有避免受力物體的阻力;(2)沒有避免能量轉(zhuǎn)化出來的一對相反的力,它的實驗容易把受力物體的阻力或能量轉(zhuǎn)化出來一對相反的力誤認(rèn)為成是:兩物體相互的作用力與反作用力。比如:我們用兩個彈簧秤去拉桌面上一個木塊,兩個彈簧秤的讀數(shù)總是大小相等、方向相反,作用在一條直線上,因此人們就認(rèn)定:這是我和木塊之間的作用力與反作用力。這種理解是完全錯誤的,首先我給木塊的力是我身體里的化學(xué)能轉(zhuǎn)化出來的力,而木塊給我的力是桌面的摩擦力桌子給它的,這不是我和木塊兩個物體之間產(chǎn)生的一對相反的力。就是你用十個彈簧秤連在一起去拉這個木塊,它們的讀數(shù)也會相等,難道你又認(rèn)為它們是五對作用力與反作用力嗎?事實表明:我們借用了十個彈簧秤連在一起,把力傳給了木塊,木塊接受了這么大個力,至于木塊能回給你多大的力,就要看桌面對木塊的摩擦力有多大,但大余桌面摩擦力余下的力就會使木塊運動起來。又比如:馬拉車,如果在馬和車子之間按兩個彈簧秤,它們讀數(shù)相等也只能說明馬給車子這么大個力,車子接受了馬給它這么大個力,針對車子而言,車子沒有消耗能量,車子本身沒有力給馬,車子給馬的力是地面的摩擦力傳給車子的,當(dāng)馬給車子的拉力大于地面給車子的摩擦力時,車子就會運動起來。這就像我們在電梯里用彈簧秤掛一個物體一樣,秤上的讀數(shù)只能顯示電梯給這個物體向上力的大小,當(dāng)電梯靜止時候,電梯給這個物體向上的力就等于地球給這個物體向下的引力,當(dāng)物體向上運動時,電梯給這個物體向上的力就大于地球給這個物體向下的引力,當(dāng)物體向下運動時,電梯給這個物體向上的力就小于地球給這個物體向下的引力,所以你在馬和車子之間按幾個彈簧秤,只能說明馬給車子了這么大個力,在地面與車子之間按幾個彈簧秤,說明了地面給車子了多大個力等等。而我們很多老師呢:把馬給車子這么大個力認(rèn)為是作用力,把車子接受馬給車子這么大個力認(rèn)為是反作用力,實質(zhì)是一個物體的力正在傳給另一個物體時,另一個物體正在接受這個力的一種反應(yīng)。

一個物體要產(chǎn)生力或產(chǎn)生多大的力,不是要考慮兩物體怎么相互作用才能產(chǎn)生力或產(chǎn)生多大的力,而是去考慮消耗什么能量或消耗多少能量才能產(chǎn)生力或產(chǎn)生多大的力。所以力并不是兩物體相互作用結(jié)果。但有些物體不消耗能量也能產(chǎn)生力是因為別物體在給它們傳力,比如:書對桌子的壓力是地球的引力所產(chǎn)生的,桌子對書的支持力是地面?zhèn)鹘o桌子、桌子再傳給書的,而我們的老師呢?把書對桌子的壓力和桌子對書的支持力理解成是:書和桌子兩個物體所產(chǎn)生的一對作用力與反作用力,你想:如果沒有地球?qū)囊偷孛鎸ψ雷拥闹С至Γ鼈儍蓚€物體能產(chǎn)生這一對相反的力嗎?那么人們就會問:兩物體不相互時能產(chǎn)生力嗎?不能,但它也并不能證明力就是兩物體相互作用,因為這些能量都儲藏于物體、物質(zhì)之中,都需要物體、物質(zhì)都需要相互時才能轉(zhuǎn)化與傳遞。不只是力,包括別的能量也是這樣,比如:兩物體相互時就能產(chǎn)生光、電、熱、力、聲音等等能量一樣,難道你認(rèn)為它們也是兩物體相互作用嗎?那么為什么只有兩物體相互時一個物體的力才能產(chǎn)生、傳遞、消失呢?因為當(dāng)電能、熱能、核能、化學(xué)能等等能量轉(zhuǎn)化出的是一對相反的力,就必須具備二物體作為分力媒介;一個物體的力要傳入另一物體時,二物體相互作為傳力媒介,順行碰撞物體或順行加力;反向力作用在一起時,相互抵消轉(zhuǎn)化為別的能量,二物體相互作為合力媒介)——物體相互是力在產(chǎn)生、傳遞、消失中的分力、傳力、合力媒介。

如果你還想不通,就去做實驗,你可取任何兩個物體,只要它們之間不消耗能量轉(zhuǎn)化成力,也沒有第三物體給它們傳力,看兩物體怎么相互作用來產(chǎn)生這一對相反的力,能產(chǎn)生多大的力。而現(xiàn)在的力學(xué)教材寫上:力是兩物體相互作用結(jié)果,這就味著力就是物質(zhì)性,物體相互性,人們就會用兩物體相不相互來決定一個物體有沒有力的問題,這將會誤導(dǎo)我們對力學(xué)、力與運動之間的認(rèn)識。所以我希望大家在探索科學(xué)真理之前,都以實驗、實踐為基礎(chǔ),在實驗、實踐中去尋找真理。不要老用兩個彈簧秤去拉拉就認(rèn)定這是兩物體相互的作用力與反作用力。應(yīng)該先去分析一下:施力物體給受力物體的力是怎么產(chǎn)生的?受力物體給施力物體的力又是怎么產(chǎn)生的?這一對相反的力是怎么經(jīng)過合并交叉點使兩物體分開運動的?注意:力是由兩物體相互作用而來和力是由能量相互轉(zhuǎn)化而來是力學(xué)的定義,不是給力取個名字,更不要無知地認(rèn)為:這是兩種不同的說法而已。

什么是運動?

運動是指物體、物質(zhì)相對空間位置的改變,它分為勻、變、曲、直四種運動狀態(tài)。為了方便起見,我們可以選擇任何一種物體代替空間作為參照系。空間是指靜止以零作為衡量單位,所以我們選擇的參照物也可以假設(shè)為靜止以零作為衡量單位。但這只是相對某一物體而言的,因為別的參照系,它的速度和方向都不同,所相對出來的結(jié)果也就不同。注意:不能把兩個不同參照系得出的結(jié)論相提并論。

在人們的意識中,雖然運動與靜止都是相對不同速度的參照系而言的,但我們只要認(rèn)清它們相對的參照物與被參照物和適用范圍,就可以避免動中有靜、靜中有動的錯誤說法。比如:說房屋是靜止的,其實它在運動,說房屋靜止是相對于地球,說房屋運動是相對于運動的車或空間。又比如,桌子是靜止的,分子是運動的,一個指的是宏觀,一個指的是微觀。還有些書上表明:動中有靜、靜中有動這是因為人們把某個空間范圍改成動的或靜的范圍了。同一個物體可以說長說短,說輕說重,說動說靜:這是因為人們把它們相對不同的參照物而言的。但要使它們變得具有科學(xué)意義,那么就必須要嚴(yán)密地對待它們的條件和適用范圍,這樣才能區(qū)分它們之間有零的界線;零的這邊為長、輕、動等,零的那邊為:短、重、靜等。事物的區(qū)別取決于相對,條件、范圍才使它們變得具有科學(xué)意義。

在人們的意識中,任何一個物體的速度、方位都是相對某一物體而言的,如果參照物改變,那么相對這一參照物的結(jié)論也就該隨參照物一起消失,而人們往往就忽略了這一點,把相對這個參照系得出來的結(jié)論和相對那個參照系得出來的結(jié)論相提并論:才得出《力學(xué)相對原理》和《慣性力》的錯誤概念。如《力學(xué)相對原理》表明:我們無論是在勻速直線運動的船上還是在靜止的船上跳向任何一方的距離都是相等的,所以對于描述力學(xué)規(guī)律來說:動平衡與靜平衡都是等價的。

這句概念錯在“動平衡與靜平衡”是指船相對與地面的結(jié)論,(船是否在勻速直線運動或靜止),而“等價的”是指人相對于船板的結(jié)論,(人在船板上跳動的距離),動平衡與靜平衡都是等價的是綜合了船相對與地面的結(jié)論和人相對于船板的結(jié)論,這就是《力學(xué)相對原理》產(chǎn)生錯誤的原因。后面慣性力也是這樣,把小球相對于車身的結(jié)論和車身相對于地面的結(jié)論相提并論。如果我們在船板上跳動的距離都相對于船相對的參照物,那么動平衡與靜平衡就不再等價了,當(dāng)船在勻速直線運動時,從船尾跳向船頭就要比船頭跳向船尾要遠(yuǎn)些。

什么是相對值與絕對值?

一種事物的相對值,是以另一種事物作為衡量標(biāo)準(zhǔn),兩種事物進(jìn)行比較出來的結(jié)果,相對值的大小隨參照物的改變而改變。相對值的科學(xué)意義在于:它能準(zhǔn)確地區(qū)分出事物之間的差量,有利于認(rèn)識與改造自然。它的局限性在于:只適用于比較的兩種事物之間,因為不同事物之間的差量不同。

一種事物的絕對值也叫實際值。它不需要與另一種事物進(jìn)行比較,它是什么就是什么,有多少就有多少,不會隨另一種事物的變化或多少而改變。所以事物不是相對的,相對只是人們用來區(qū)分事物。

那為什么經(jīng)典力學(xué)表明:運動與靜止都是相對的呢?這是人們的思想意識形成的。事實上運動與靜止不是相對出來的,它是由力來決定的,因為一個物體動不動是不可能由人們知不知道來決定的,更不可能由另一個物體動不動來決定的。

物體為什么會運動?

當(dāng)我們給一個靜止的物體施力時它就運動起來了,這個實驗證明了:力是使物體運動的,并且施力越大物體運動速度也就越快的基本原理,雖然停止了施力,它還會運動,但針對受力物體來說:我們給這個物體施的力只是外力,那么外力會不會傳入受力物體、而后物體憑借此力保持此速呢?受力物體的動力又會不會因外加減力的傳遞時間而產(chǎn)生增減呢?

物體運動的速度又與什么有關(guān)呢?

與力的大小、物體的質(zhì)量有關(guān),據(jù)能量守恒定律:任何一種能量在不斷傳入物體時就會增多,相反時就會減少,所以當(dāng)我們不斷給一個物體傳力時,受力物體的動力也就會不斷增大,速度也就越來越快;相反時,動力就會減小,運動速度就會減慢;不傳不減時,受力物體就會保持某個時候的動力不變,物體就會憑借此力保持此速此向。這樣勻、變、曲、直四種運動狀態(tài)得到統(tǒng)一解答,并且還可以準(zhǔn)確地計算出各物體、物質(zhì)之間的運動速度變化,適用于宏觀與微觀,

但這只是針對于同一物體而言,因為別的物體還涉及到物體的質(zhì)量,質(zhì)量大的物體,在運動同一速度時,卻要比質(zhì)量小的物體的力大。

那為什么在真空里羽毛和鋼球下落的速度一樣呢?

這是因為動力的增長是因外力而決定的,而外力的大小又是因物體的質(zhì)量而決定的(每千克9.8牛頓);由于外力的傳遞時間相等,所以質(zhì)量之間的比值也就是動力增長的比值,同一速度。越高下落的越重,不是什么勢能與動能之間的轉(zhuǎn)化;也不是外力做什么功,而是外力(9.8牛頓每千克)的傳遞時間越長,產(chǎn)生動力越大,速度也就越快。

任何一種事物只要在不增不減的條件下,都會保持原來不變一樣。牛頓利用這種條件得出牛頓運動第一定律是沒有任何科學(xué)價值意義的,因為不受外力并不是產(chǎn)生勻速直線運動的主要因素,產(chǎn)生勻速直線運動的主要因素是在不受外力之前受外力時產(chǎn)生的:不受外力只是限制了別的物體不再給受力物體外加減力,屬于限制性條件,不是產(chǎn)生條件,我們可以用以下三方面來證明這個問題。

1.運動就是力,速度的快慢就是力的大小。當(dāng)我們用甲物體去擋住運動的乙物體時,就可以證明出:運動就是力,速度快慢就是力的大小,

但這只是針對乙物體而言的。針對甲物體來說:是乙物體的運動產(chǎn)生的力,速度快慢就是產(chǎn)生力的大小。如果在甲物體上安裝顯示測力器,而甲物體又沒有受到第三物體傳力,也沒有自身消耗能量轉(zhuǎn)化成力,那么甲物體既可以測出乙物體的力,又可以獲得乙物體的力。在這個過程中,力只是在發(fā)生傳遞,乙物體失力失速等于甲物體得力得速。故碰撞前等于碰撞后的動量和——運動只是力的表現(xiàn)形式,外力的表現(xiàn)形式加速度。注意:一個物體的減速分為兩種原因,一種是受到相反的阻力與它抵消,力變小;一種是把力傳入另一物體與它共同分享,力不變,但質(zhì)量變大。

2.變速運動是由無數(shù)個不同速度的勻速直線運動組合而成,而每個勻速直線運動的點所對應(yīng)的就是每個力。既然外加減力能產(chǎn)生外加減速,也就可以直接證明:力是使物體運動,力大物體就運動越快。因為在外加減力產(chǎn)生外加減速的等式中,只需同時去掉外加減,就可以得出力產(chǎn)生的速度。又通過外加減力越大,外加減速也就越大。同時去掉“外加減”,就可以得出“力大速度快”的基本原理,這個推理說明了,在這個運動的過程中,變速運動是由無數(shù)個不同速度的勻速直線運動組合而成,而每個勻速直線運動的點所對應(yīng)的就是每個力。也可以理解為:給受力物體加了多少了力也就等于給受力物體加了多少運動,減了多少力就等于受力物體減了多少運動。

3.運動不是物體本身固有的一種自然屬性。慣性。它是一種能量,速度與質(zhì)量的積就是這種能量的大小,也是消耗與轉(zhuǎn)化別能量的多少。當(dāng)一個物體運動時,就必須由光能、電能、熱能等等能量轉(zhuǎn)化成力而產(chǎn)生。然而只有受到相反的阻力時,才能轉(zhuǎn)化成光、電、熱等等能量。如果你認(rèn)為此時的運動就是物體本身固有的一種自然屬性——慣性,那么你所消耗的能量也就變得無影無蹤了。從另一個角度分析:當(dāng)運動物體碰到與阻力或相反運動物體時,運動就會轉(zhuǎn)化成光、電、熱、聲音等等能量。難道能量又會無中生有嗎?所以運動不是物體本身固有的一種自然屬性、慣性。它是一種能量,速度與質(zhì)量的積就是這種能量的大小,也是消耗與轉(zhuǎn)化別的能量的多少。注意:5米/秒、10米/秒、1000米/秒它們之間的能量比例是1∶2∶200(質(zhì)量相同)。

電動機(jī)、蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)動是電能、熱能產(chǎn)生的力,這就是科學(xué),如果把電能、熱能產(chǎn)生的力改寫成是兩物體相互作用結(jié)果,那就是錯誤。實驗只能證明:給受力物體加力時加速,減力時減速,不加不減力時,運動速度不變。如果把外加減力產(chǎn)生外加減速改寫成:力是改變物體運動狀態(tài)就是錯誤;因為外力的范圍比力的范圍小,運動速度無論怎么改變它還是運動狀態(tài),難道你認(rèn)為只有5米/秒、才是運動狀態(tài),10米/秒、或1000米/秒就不是運動狀態(tài)了嗎?再說力與速度成正比和外力與加速度成正比它們之間矛盾嗎?一點都不矛盾,而且完全相結(jié)合。所以我們不能因為力在產(chǎn)生、傳遞、消失中有二物體就認(rèn)定:力是兩物體相互作用或停留在受力物體的外力概念之上而認(rèn)識力學(xué)。

物理學(xué)的原理,定律不能只靠實驗而得出,要加以合理地假設(shè)與推理,是主要研究對象不受到外界條件的影響,這樣才能更清楚、正確、安全地反應(yīng)自然。

阻力是我們認(rèn)識力學(xué)的障礙,所以我們只有減小阻力或只研究大于阻力后,余下的施力。這樣就能更清楚、準(zhǔn)確地認(rèn)識它。注意:阻力越小,也就越接近下面的實驗。

假設(shè)A、B、C三個物體靜止在光滑水平面上,這時由A物體給靜止的B物體水平施力,再由B物體水平傳給C物體,分析C物體給B物體的反作用。

你會發(fā)覺:為什么水平方向不受力的C物體也會有力的作用給B物體呢?這是因為C物體接受了B物體給它傳力的一種反應(yīng),簡稱為力的反作用,也可以這樣認(rèn)為,不可能沒有接受力的這種反應(yīng),B物體能把力傳給C物體,所以C物體只是在接受力,不是用力去抵B去物體的力。

那為什么牛頓運動定律表明:C給B物體的反作用是物體本身固有的一種抵抗力、反作用力呢?這是因為牛頓當(dāng)時把C物體接受了B物體給它傳力的一種反應(yīng)誤以為成是反作用力。你想:水平面光滑,C物體在水平方向失去了別物體給它傳力。C物體又沒有消耗任何能量轉(zhuǎn)化成力,C物體給B物體的力又從何而來,總不至于只要兩物體相互就能蹦出個力吧?

力不可能無中生有,也不可能憑空消失。力是一種能量,一個物體要產(chǎn)生力,就必須要自身消耗能量轉(zhuǎn)化成力或由別的物體給它傳力,消失時也同樣把力傳給別的物體或受到相反的阻力與它抵消完為止,轉(zhuǎn)化為別的能量,不是經(jīng)典力學(xué)所寫的,只要兩物體相互就有力了,不相互力就沒了那么簡單,不只是力,包括任何一種物質(zhì)或能量都是這樣,當(dāng)一種新的物質(zhì)或能量出現(xiàn)的時候,就必須由另一些物質(zhì)組合或由別的能量轉(zhuǎn)化,消失時也同樣,組合成別的物質(zhì)或轉(zhuǎn)化成別的能量。這是任何一種事物都不能違背的事物守恒定律。

那為什么在實驗還要用A、B、C三個物體在光滑水平面上進(jìn)行實驗?zāi)兀窟@是因為A、B兩物體進(jìn)行實驗時,容易把A物體消耗的能量轉(zhuǎn)化出來的一對相反的力誤認(rèn)為成是A、B兩物體相互的作用力與反作用力,如果再由B物體把力水平方向傳給C物體時,也就不可能在水平方向產(chǎn)生一對相反的力。只是由B物體把力傳給C物體。注意:B物體減速是因為B物體把力傳給了C物體;B物體失力失速等于C物體得力得速。故碰撞前B物體的動量等于碰撞后B物體的動量加上C物體的動量(運動方向一至)。光滑水平面是為了避免B物體給C物體傳力時,C物體在水平方向受到其他物體給它傳力。

力的守恒:力總是以等量的產(chǎn)或消逆向,同向則是以等量的傳。

力產(chǎn)之等量逆向

例:兩小車置于光滑水平面上,一小車裝有小電機(jī)和線繞小輪,線端系著另一有砝碼的小車,使二者質(zhì)量相等。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時,兩小車相向而行,且在任何時間內(nèi)通過相等的距離。這就說明,電能轉(zhuǎn)化成的是一對大小相等、而方向相反的力。條件必須具備二物體作為分力媒介,不然就像動物身體里的化學(xué)能一樣,不借助于外物,是不可能使生物能轉(zhuǎn)化成一對相反的力,更不能運動,又比如:公路上行駛的汽車,汽油轉(zhuǎn)化成的一對力分別傳給了地面和車身等等。所以人、車前進(jìn)不是牛頓第三定律所理解的是地面的反作用力使人車前進(jìn)的,而是二力的分現(xiàn)象,注意:一分二是別能量轉(zhuǎn)化成力,二合一是力轉(zhuǎn)化成的能量,摩擦的電能、熱能、光能等。

力消之等量,傳之等量

拋出去的石塊,為什么始終要靜止下來呢?據(jù)力的守恒,我們給石塊施力后,就在也沒有給它施力了。阻力雖小,但它永遠(yuǎn)存在,也就不斷與傳給受力物體的動力相互抵消,直到動力與它抵消完為止,石塊也就靜止下來了。

F動-f外xt=0

在這個過程中,石塊彎曲向下是因為水平方向的力在不斷減小,而豎直向下的引力又不變,據(jù)外力的合成原理,水平方向的力越小,也就越偏離水平方向,所以不斷彎曲向下。(實踐證明:曲線運動是合外力之間比值不穩(wěn)定造成)

伽利略的理想實驗、設(shè)想的勻速直線運動就是提出:不要再給受力物體外加減力,使受力物體的動力保持不變,則速度不變的基本原理。

F動-f外xt=mv(t=0)

物體為什么越落越快呢?據(jù)力的守恒,施給物體向下的力大于空氣對物體向上的浮力,它們互為抵消后,余下的是向下的力,(抵消后還有反作用是因為還有外力在不斷傳入受力物體),這個力也就推著物體運動下去,但施力物體又在這個速度上加力,這樣受力物體的動力也就越來越大,速度也就越來越快。

通過上面的分析得知,外加減力的傳遞時間越長,傳入受力物體的動力也就越大或減小,迫使速度加快或減慢,所以動力與外加減力的傳遞時間和速度成正比。即:

■=■=■ (M1=M2)

我們經(jīng)常也有這種體會,力大總是比力小快,但這只是針對一物體,因為別的物體還要考慮物體的質(zhì)量。質(zhì)量大的物體,在運動同一速度時,卻要比質(zhì)量小的物體的力大,因此,質(zhì)量又與力成正比;即■=■ (V1=V2)

那為什么物體會在真空里落一樣快呢?這是因為動力的增長是因外力而決定的,而外力的大小又是因物體的質(zhì)量而決定的。由于外力的傳遞時間相同,所以質(zhì)量之間的比值也就是動力增長的比值,運動到同一速度(伽利略、牛頓當(dāng)時忽略了物體的質(zhì)量)

在力大小不變時,質(zhì)量大的物體反而運動得慢,因此速度又與質(zhì)量成正比;即■=■ (F1=F2)

實驗證明:物體運動只是力的表現(xiàn)形式,動量定律P=MV實質(zhì)是F=MV

F=MV=Mat=f外Xt

這說明了,傳入受力物體的動力與外加減力的傳遞時間成正比,所以受力物體的加減速度只能與外加減力成正比;即■=■ (M1=M2)

這樣動量、沖量的產(chǎn)生也就一目了然,而力學(xué)又得到廣泛運用。

實驗現(xiàn)象表明:順行碰撞物體的動量則是以等量的傳,逆行碰撞物體的動量則是以等量的消。若用力的守恒來理解,順只是有一物體的力傳入另一物體,碰撞前與碰撞后的總動量相等;逆是把兩物體的力相互抵消,轉(zhuǎn)化成別的能量。從動量多少的角度上談,此碰撞前少:

M1V1+M2V2-(M1V1-M2V2)

動量守恒定律表明:逆行碰撞物體前與后的動量相等,這是因為它把逆向假設(shè)為正負(fù)量,相加后就等于碰撞后的動量和,可以看出,碰撞前,動量前加有正或負(fù)號,那么碰撞后也應(yīng)該在動量前加上正或負(fù)號,這樣才會相等。正、負(fù)號后邊加上動量,這就說明了,方向是決定動量多少的主要因素,速度與質(zhì)量的積只是方向的變量。

事實表明:動量的多少是由速度與質(zhì)量的積來表示,不是由方向來決定的。所以動量守恒定律只是假設(shè)的,不是實際的,實際的是力的守恒和能量守恒,順行碰撞物體的動量則是以等量的傳,逆行碰撞物體的動量則是以等量的消,碰撞前與后不同的能量。

力與運動之間的關(guān)系

(1)勻速是受恒力(力大小不變)作用,力是維持物體運動的原因;

(2)變速是受力大小不斷改變作用,力與速度成正比;

(3)直線是合外力之間比值穩(wěn)定作用,力總保持直線;

(4)曲線是受合外力之間比值不穩(wěn)定作用,力的方向就是物體運動的方向;

(5)靜止不受力或所受外力為零;

事實證明:物體在力的作用下,保持運動狀態(tài),沒有力也就靜止;這才是真正理想狀況,而沒有力或只受一方向的力是沒有的,所以宇宙中存在的是:物體在動力大于阻力的作用下,保持運動狀態(tài),等于阻力也就靜止。

由此表明:靜止才是物體的惰性,運動是由力而產(chǎn)生。所以慣性實質(zhì)是慣力,也就是傳力,(不同的事物必由不同的條件產(chǎn)生所存)

相對

物理學(xué)的原理,定律都是有一定的條件和適用范圍,超越一步,真理往往會變成繆誤,所以我們要認(rèn)清它的條件和適用范圍,這樣又避免錯誤,又意味著新的發(fā)現(xiàn)。

雖然動與靜都是相對假設(shè)為靜止某一物體而言的,但我們只要認(rèn)清它的相對的參照系和適用范圍,這樣就不可能產(chǎn)生動中有靜,靜中有動的錯誤說法,所以動中有靜,靜中有動的“中”字應(yīng)該改寫為空中有動有靜的物體。

力學(xué)相對原理

人們?yōu)槭裁丛趧蛩龠\動的船上跳向任何一方的距離都是相等呢?這是因為你與船運動的方向相同時,你身體的生物能轉(zhuǎn)化出來的力就要加上身體原先的勻速動力,但要減去你離板和落板時間內(nèi)船運動的距離,反向時就要減去勻速動力,加之船運動的距離,彼此達(dá)到平衡。此實驗亦不可證明,對于描述力學(xué)規(guī)律來說,靜與動平衡都是等價的,因為船上的力學(xué)實驗的現(xiàn)象都是相對于船而言的,而船是勻速或靜止是相對于別的物體。只有把船上的力學(xué)實驗現(xiàn)象都相對于船相對的物體,也就是指在同一參照系下論證,才能得出動平衡與靜平衡的區(qū)別所在,伽利略當(dāng)時忽略了參照系,把人相對于船得出的結(jié)論和船相對于地面得出的結(jié)論相提并論,才得出了動平衡與靜平衡等價問題。注意:不能把人相對于船得出的結(jié)論和船相對與地面得出的結(jié)論相提并論,因為這是兩個不同參照系得出的結(jié)論。

慣性力,如下圖,最初小車靜止,小球靜止于光滑水平桌面上,后來,小車相對于地面,以加速度a作直線運動,成為一直線加速參照系。

a圖的結(jié)論是:小車不受力卻以加速度-A相對于車運動。

b圖的結(jié)論是,小球在水平方向上雖受到彈性力彈簧的作用,卻處于靜止。

顯然a圖的小球不受力是相對于地面,加速度-A是相對于車身。

b圖也同樣,在水平方向受力是相對于地面,處于靜止是相對于車身。

所以慣性力也是把小球相對于車身得出的結(jié)論和車身相對于地面得出的結(jié)論相提并論,才得出力不受力卻運動,受力卻靜止的錯誤說法。

事物的區(qū)別取決于相對,條件、范圍才使它們變得具有科學(xué)意義。事物不是相對的,相對只是用來區(qū)分事物。

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