陳軍
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摘要:用力和消耗能量是基本常識。 以此為基點和出發點,基于能量轉換和守恒定律來研究牛頓力學系統。 提出了耗散功的概念,推導了計算公式,推導了力的熱效應,修正了動能定理,補充了角動能定理和角動能守恒定律。 人們發現天體的運動是基于角動能守恒,而不是角動量守恒,更不是所謂的機械能守恒。 并且發現勢能并不是能量。 在牛頓力學中,勢能是“多余的”,實現了保守力和非保守力的統一。 修訂后的牛頓力學將對物理學、天文學、航天學等學科以及相關技術研究領域產生深遠的影響。
關鍵詞:耗散功; 動能定理; 角動能定理; 角動能守恒定律。
1 引言 整個牛頓力學體系的建立都是基于牛頓第一定律。 從牛頓第二定律到動量定理、動能定理、角動量定理、角動量守恒定律的建立,都存在著先天的不足。 它只研究物體受力時如何運動,以及能量如何轉換。 它沒有研究受力的物體也是施加力的物體。 施力的物體對其自身運動有影響嗎? 對物體施加力不會消耗能量嗎? 因此,牛頓力學并不具有普遍性。
2 牛頓力學的邏輯和缺點
2.1 物體(粒子)在無力(平衡力)條件下的平動定律
牛頓第一定律:V=0 或不變。
動量守恒定律:mV=0或不變。
動能守恒定律:1/2mV2=0或不變。
2.2 受力不平衡情況下物體的平動規律
牛頓第二定律:F=ma。
動量定理:Fdt=dP=mdV。
動能定理:Fds=dE。
2.3 不平衡力條件下物體的旋轉規律
角動量定理:dL=Mdt(L=r×mV,M=r×F)。
角動量守恒定律:當M=0時,dL=0,L不變。
角動能定理:rFds=rdE(rFds為機械做功力矩,rdE為角動能的變化量)。
角動能守恒定律:當Fds=0時,rdE=0,角動能rE不變。
上述推導并不是數理邏輯上的問題。 然而,在物理學中,為什么我們找不到動能守恒定律、角動能定理、角動能守恒定律,卻有更多的函數原理和機械能守恒定律呢? 哪些方面存在問題?
3 牛頓力學缺點的原因
3.1 原因一:僅用機械功來描述力和能量的消耗是不全面的。
例如:舉重運動員將杠鈴保持在空中; 電磁鐵吸引鐵塊停止。 雖然施力物體在施力過程中不斷消耗能量,但由于在力的方向上沒有運動距離,物理學并不承認已經做了功。 為什么會出現這種“單打獨斗”的現象呢? 呢絨?
3.2 原因2:沒有研究。 受力物體也是施力物體。 施力物體對其自身運動有影響嗎?
3.3原因三:慣性思維的拓展。
旋轉物體受到不平衡力的作用,不完全滿足慣性運動的先決條件。 因此,當用角動量守恒定律解釋天體運動時,就會出現“第一驅動力”、“天體運動的切向力從何而來”等問題。 ”等問題。這種慣性思維也影響了對振動和波動的認識。
3.4 原因4:錯誤地認為勢能就是能量。
勢能可以做功,勢能可以轉化為動能。 為什么勢能不是真實能量?
例如:自由落體時,mgh=1/2mv2。 這個公式有兩種解釋:一是重力勢能轉化為動能,二是重力動能做正功而增大。
兩種解釋的區別在于:前者解釋說物體獲得的動能來自于物體本身能量的轉化,后者解釋說物體獲得的動能來自于物體內能量的轉化。物體外部的重力場(或地球); 前者是現象,后者揭示本質。 提升高度只是為重力做功準備了必要的條件。
物體的自由落體運動(垂直向上運動)或水平運動都是平移運動。 它不僅服從牛頓第二定律、動量定理,而且也服從動能定理。 在垂直向上的投擲運動中,重力做負功,動能減少,動能轉化為熱量。 力的作用是相同的。 沒有保守力和非保守力之分,勢能也沒有增加或減少。 、mgh和mas要么是機械功,要么是力距離(力乘以距離,反映施力物體對受力物體可能做的功,即施力物體可能消耗的能量),彈性勢能 也不例外,彈性勢能無非是分子間力距離變化的總和。 保守力量永遠存在。 如果重力不存在,無論物體有多高,它都無法向下運動以獲得動能。 要獲得動能,必須有一個施力物體做功。 如果我們不知道物體的動能從何而來、在何處轉化動量守恒定律公式是什么,就不可能找到自然界物體的運動規律,更不可能解決宏觀與微觀、泛函的統一問題。機械能原理和守恒定律。 法律是多余的,只會產生誤導。
4 對牛頓力學的補充和修正
4.1 補充耗散功W=CF2t和力的熱效應Q=CF2t
W=CF2t稱為耗散功,是力維持物體變形時必須消耗的能量。 其大小與力的平方成正比,與力的時間成正比。 C是一個需要測量和驗證的常數。 本文僅介紹一種測量和驗證方法。 如果物體的變形程度發生變化,或者力的大小發生變化,就是機械功和耗散功的微分問題。 根據能量守恒定律,耗散功的本質是力的熱效應,即Q=CF2t。 它是機械系統中普遍存在的自然現象。 吸熱和放熱是相對的,P=CF2 力的加熱功率。
W=CF2t實驗驗證方法:
(1)將線圈通上直流電,測量線圈兩端的電壓U1和線圈中的電流I1。
(2)將線圈置于均勻磁場中,線圈處于靜止狀態。 此時,測量線圈兩端的電壓U2和線圈中的電流I2。
(3)由:U2I2-U1I1=CF2,且F=BI2L,B為磁場強度,L為線圈總長度,無論力的方向如何,測量多次。 (這里電磁學引入磁阻來解釋能量守恒問題,我認為力更真實)
4.2 修正動能定理
我認為牛頓第一定律、動量守恒定律、動能守恒定律都沒有問題。 牛頓第二定律、動量定理、角動量定理、角動量守恒定律都存在問題。 即,尚未研究反作用力引起的能量耗散問題。 我只能根據能量變換和守恒定律來修正動能定理。
修正動能定理:F1ds- =dE。
物理意義是:物體動能的增加dE等于物體上的合力所做的機械功F1ds與反作用力(合力)所做的耗散功(變形部分的加熱)之差。物體的力)。
F1F2是作用力和反作用力,都是合力。 平衡力也會消耗能量,但不會改變物體的動能。
例如:如果一個物體受到10牛頓的力,并沿該力的方向移動10米,持續10秒,那么該物體的動能會增加多少? 施力物體消耗的總能量是多少?
機械功:W=F1ds=100焦耳。
耗散功率約為:W = =1 焦耳。 (C值約為10-3 SI單位,以實驗測量為準)
動能增加:dE=99焦耳。
施力物體消耗的總能量約為101焦耳。 作用力F1和反作用力F2所耗散的功相等,總能量守恒。
也就是說,施力物體消耗的總能量約為101焦耳,只做了100焦耳的機械功。 受力物體只獲得99焦耳的動能,大約是2焦耳的能量。 作用力F1和反作用力F2消失。
比較一下就會發現,雖然耗散功很小,但如果力比較大、做功時間很長,則消耗能量的因素就不能忽視,如天體運動、粒子加速實驗等。
推理:當F1=0時,則F2=0,dE=0,物體的動能E不變。 可以稱為動能守恒定律。
4.3 補充角動能定理和角動能守恒定律
旋轉問題一直是物理學中尚未研究清楚的問題。 原因是它涉及向心力、切向力、動量、動能、旋轉半徑等許多物理量。 如果這些物理量中的任何一個發生變化,其他物理量也會發生變化。 然而,能量轉化和守恒定律卻不容忽視。
旋轉是物體的運動方向與物體上的合力方向不在一條直線上的運動,即曲線運動。 無論一個物體受到多少個力,如果只用一個合力來研究,問題就會簡單得多動量守恒定律公式是什么,然后可以詳細分析比轉,擺脫保守力的約束。
在修正動能定理的基礎上,補充角動能定理:d(θ)-Cd(rF22t) =d(rE)
物理意義是:物體角動能的增加量d(rE)等于機械功力矩d(θ)與作用力和反作用力所做的耗散功力矩Cd(rF22t)之差。
F1是一個力或者幾個力的合力。 該方向與物體的運動方向不在一條直線上。 F2是F1的反作用力。 θ是物體旋轉方向與物體受到合力方向之間的夾角。
討論:當θ=00或1800時,旋轉轉變為平動,角動能定理轉變為動能定理。
當θ=900時,旋轉為圓周運動,F1不做機械功。
當000做正功時,900r2時,所以E1
當行星從遠日點移動到近日點時,θ
當行星從近日點運動到遠日點時,θ>900,重力θ做負功W3,F2仍然做耗散功W4,行星動能減少,即W3+W4= E2- E1----- -(2).
在行星公轉過程中,由式(1)-(2)可得:W1-W3=
W2+W4,這個公式的物理意義是:行星旋轉一圈的過程中,行星引力所做的正功與引力所做的負功之差(或者理解為正負功之和)功)等于行星旋轉一圈的反應。 力所做的耗散功的總和。 即d(θ) = Cd(F22t),或d(θ) = Cd(rF22t)(驅動性質),以守恒行星角動能。
太陽系行星角動能之所以守恒,是因為太陽不斷對行星做功(重力做的正功一定大于重力做的負功)。 行星不能完全對稱地繞太陽運動。 行星圍繞太陽旋轉。 該中心與太陽的質心不重合。 革命的中心是不斷變化的。 向心力小于或等于重力。 重力可以分解為向心力(F1sinθ)和切向力(F1cosθ)。
根據角動能守恒定律,天體公轉和自轉(粒子群的自轉)合力所做的正功一定大于合力所做的負功,所以使得天體公轉和自轉的角動能守恒,天體能夠有序運動。 有規則可循。
動機:如何駕駛? 我的初步看法是,只有旋轉的天體才能有行星或衛星繞其運行。 不旋轉的天體不能有自己的行星、衛星或子衛星。 即使有暫時捕獲的天體,其運動壽命也很短。 有限; 旋轉天體的質心和重心是不斷變化的,這是由引力變形決定的。
星星是引擎。 太陽只要在重力作用下變形,形成不對稱的反沖力,就可以移動和旋轉。 旋轉的天體是“曲軸”,引力是“連桿”,行星的公轉周期大于恒星的公轉周期。 如果衛星的自轉周期等于或小于角動能守恒條件,則衛星的公轉周期必須大于行星的自轉周期(同步衛星在沒有電源的情況下無法同步)。 ; 星系是多個引擎的組合。 星系的旋轉是由切向力驅動的。 每個星系都是一臺熱機,它是一種將內能轉化為動能的機器,而動能又轉化為熱量(熱量是由重力的負功和耗散功以及動能的消耗轉化而來的,這與機械能轉換及守恒定律有本質區別); 一個獨立的星系必須至少由兩顆恒星組成。 在引力和斥力的作用下(恒星(如球形火箭或太陽風)只有形成旋轉力矩才能穩定自轉。由于恒星之間存在反沖斥力,雖然角動能守恒,但角動能不等于1/2GMm。
各向同性:衛星的公轉方向必須與行星的自轉方向一致,行星的公轉方向必須與恒星的自轉方向一致。 它不能沿相反方向旋轉,也不能沿南北兩極旋轉。 如果是這樣,它的機芯壽命就很有限了。
木星有四顆衛星,它們以相反的方向旋轉。 這肯定是前人的視覺運動造成的錯覺。 如果是暫時捕獲也可以理解,因為木星很大,而這四顆衛星(木衛四、木衛四、木衛二和木衛二)都處于最邊緣。 觀察時,很容易使用內部歐羅巴環作為參考。 從視覺上看,我認為它們正在朝相反的方向旋轉。 我認為它們都在朝著同一個方向旋轉。 ,且角速度和線速度(rv2=GM)都非常慢,有待進一步觀察和驗證。
共面性:衛星的軌道必須靠近行星的赤道面,行星的軌道必須靠近黃道面或恒星的赤道面。 天體自轉速度越快,驅動力越強,越容易共面。
冥王星的軌道偏離黃道面很大,這顯然是外部天體的吸引力造成的。 這個天體或星系一定不能靠近太陽的黃道面。
不對稱性:所有公轉天體只能進行不對稱的“鴨蛋”軌道運動。 近日點是“鴨蛋”形狀的小頭,遠日點是“鴨蛋”形狀的大頭。 它們都不能進行純圓周運動。 無法進行純橢圓運動。 要保證天體轉一圈,重力做的正功必須大于重力做的負功,這樣它們的角動能才能守恒。 力越大,旋轉速度越快,越接近圓周運動。 ,越接近對稱。
rv2=GM=,這就決定了軌道的“鴨蛋”形狀是軸對稱的,但是d(θ)=Cd(F22t),或者d(θ)=Cd(rF22t),(駕駛性)決定了軌道行星的不對稱性,即行星從遠日點運動到近日點時,矢量路徑r掃過的面積略小于行星從近日點運動到遠日點時矢量路徑r掃過的面積。 對稱和不對稱都是基于旋轉中心的。 太陽繞銀河系公轉是行星軌道不對稱的另一個原因。 它還推動了地球的革命。 因此,行星的近日點和遠日點的位置也應該具有一定的規律性。
“鴨蛋”形對稱軌道的極坐標方程是什么? 如何用數學方法從rv2=GM導出“鴨蛋”形極坐標方程? 這還有待數學家們去研究。 “鴨蛋”形狀比橢圓形更接近自然。 (“鴨蛋”形狀只有一根對稱軸,橢圓形有兩條對稱軸)
在上述四種規律中,驅動性是原因,各向同性、共面性和不對稱性是驅動性的必然結果。 如果說太陽系是一臺“永動機”,那么它也是一臺消耗能量的永動機。 目前僅處于相對穩定的運營階段。 宇宙在不斷演化,但一些基本的運動定律永遠不會改變。
預測一:逆公轉人造衛星無論發射多高,在無動力條件下其運動壽命都是有限的。 從此可以計算運動時間 Cd(rF22t) = - d(rE),(F2為離心力,等于重力),理論值大于實際值(太陽風、宇宙射線、大氣和其他障礙物無法計算)。
預測2:無論月球飛船(探測器)朝哪個方向,在無動力條件下其運動壽命都是有限的。
預測3:同樣的兩顆人造衛星,在相同的高度和無動力條件下,以相同的角速度繞地球運行。 一個沿向前方向運行,另一個沿相反方向運行。 以相反方向運行的衛星的壽命將很短。
5.3 用角動能守恒定律解釋天體的自轉
為什么大行星旋轉得這么快? 為什么它們沒有發生所謂的“同步旋轉”現象呢? 它們有一個共同的特點,那就是旋轉天體的磁場非常強。 因此,我最初認為行星的自轉是由恒星的磁力驅動的。 太陽正是由于其自轉而具有磁場。 磁場不隨著太陽的旋轉而旋轉。 因此,大行星的自轉方向都是同一個方向的。 如果太陽的磁場隨著太陽的自轉而旋轉,那么大行星的自轉方向應該都是相反的方向。
如何通過實驗證明旋轉? 簡單方法:
(1)將圓形磁鐵密封在塑料空心球(直徑約10厘米)中,
(2) 將圓形磁鐵(直徑約3厘米)粘在大燒杯的底部。
(3)將圓形磁鐵(直徑約3厘米)粘在一塊玻璃上,
(4)將半杯水倒入燒杯中,
(5)將密封的塑料空心球放入燒杯中并使其漂浮。
(6)蓋上玻璃,(三個磁鐵的磁極分別從上到下),
(7) 將燒杯放在餐桌上的圓盤旁邊,讓圓盤旋轉。
(8)中間握住一塊強力磁鐵(形狀不限),可以使浮球正向或反向旋轉,這就是磁場的相互作用。 如果您有一個直接漂浮在水中的空心磁球,您可以通過實驗演示各種旋轉。
金星自轉是反向的嗎這也可能是一個誤區。 如果是臨時的變動,也可以理解。 我認為金星不自轉,因為每次金星距離地球最近時,它的同一面都面向地球(《金星》百度百科說的),這不是巧合,也就是說,金星的一面總是面向地球太陽只自轉,不自轉。 它不旋轉,因為它的磁場很弱。
天王星為什么躺著并旋轉? 由于天王星的磁軸與球體中心偏離較大(非常不對稱),因此太陽的旋轉磁矩方向也會發生較大偏離,導致其幾乎躺在其軸上并旋轉。
月球、小衛星、小行星都不容易自轉(當我無法用磁力解釋月球的同步自轉時,我發現月球的運動不能稱為自轉)。 原因是小天體的磁場非常弱。
它自身的引力很小,形狀不能近似為球體。 它就像一個懸掛在太空中的“不倒翁”,無法通過磁力驅動旋轉。 如果月球的磁場很強,地球的磁場就會帶動它向相反的方向旋轉。 在太陽系中,小行星、小衛星可能會因為碰撞等原因頻繁自轉,也可能頻繁停止自轉。
月球自轉還是不自轉是一個簡單的圓周運動問題。 歷史上可能有過很多爭論。 月球自轉與不自轉不一致的根本原因。 第一個原因可能是對“假翻譯”的理解不明確。 造成這種情況的另一個原因是,尚不清楚宇宙中物體不旋轉的標準是什么?
平移運動是物體沿直線的運動。 物體上各點的路徑是平行的。 平移運動的物體不會旋轉。 從動力學的角度來看,平移是物體不受力或受到合力的方向,與物體運動方向成一直線的方向。
什么是假翻譯? 有一個很好的實際例子可以揭開錯誤翻譯的真相。
在觀光摩天輪上,人們所坐的觀光車廂的運動是虛假的平移。 然而,剛體力學認為這是真正的平移。 人們相信平移可以沿著曲線移動。 根據剛體力學的邏輯,手上拿著一碗水。 ,上下移動時在水平方向上的運動(波)也稱為平移。 這個偽平移對象上的點的路線不是直線,而是相互交叉的。 這種假譯與翻譯自相矛盾,是錯誤的。 從動力學的角度來看,假平移是指物體上的合力方向與物體運動方向不成一直線的運動。 它是由兩個簡單運動組合產生的運動。
觀光車在繞摩天輪中心公轉的同時,也在重力作用下繞上軸同步反向旋轉。 也就是說:如果觀光車和它的上軸是焊接的,那么觀光車就只能公轉而不能自轉。 靜止在地面上的建筑物、籃球等物體只繞地軸公轉,不自轉。 同理,月球只繞地球公轉,不自轉。 如果地球不自轉,一側永遠面向太陽,另一側永遠背對太陽。 就不會有白天、黑夜和白天的概念。
宇宙中沒有絕對的平移,只有絕對的公轉。 公轉和自轉都是動力學問題。 它們的參照對象不能任意選擇。 旋轉只能相對于旋轉軸。 旋轉不是絕對的。 并非所有天體或物體都旋轉。 革命既是絕對的,又是相對的,相對于革命的中心而言。 這就是“日心說”和“地心說”的區別。
公轉與自轉之間沒有內在的必然聯系。 宇宙中雖然有無數的天體,但同步自轉和公轉幾乎是不可能的。 只有人工機械控制才能證明這一點。
宇宙中,物體不旋轉的標準:其幾何特征是物體的一側始終面向公轉中心,另一側始終背對公轉中心; 其物理特性是旋轉力矩和旋轉角動量(角速度)均為零,且旋轉角動量(角速度)不為零。 對于天空和地面上的非旋轉物體來說都是如此。 平移只是這個標準在公轉半徑無窮大的情況下的一個特例,或者稱為理想狀態。
月球公轉過程中,月球僅前后擺動(物理平衡運動,對彗星最為明顯),但并不持續自轉。 連續旋轉的物體只能通過旋轉的速度來區分,不可能進行物理平衡運動。 并非所有天體都在旋轉。
6 總結
本文梳理了牛頓力學中物體(粒子)的平移和旋轉規律,指出了一些不足和原因,做了一些補充和修正,補充了耗散功、力的熱效應、角動能等定理。 、角動能守恒定律,修訂了動能定理,闡明了動能守恒定律,理解了勢能、守恒力、泛函原理、機械能轉換和守恒定律。 在牛頓力學中,它是“多余的”,實現了保守力和非保守力。 力量的統一。 如何修改牛頓第二定律、動量定理、角動量定理? 仍有待研究,它們只能近似地在低速和短時間下應用,而在高速和長時間低速條件下無效。 本文沒有給出耗散功率公式的推導方法。 它是基于實驗的,應用時也存在需要解決的問題。
利用角動能守恒定律,我們很好地解釋了太陽系天體運動的現象。 我們發現天體的運動遵循角動能守恒定律。 我們還發現了個別天體不“和諧”的現象。 我們分析了不和諧的原因,明確提出了宇宙物體不自轉的標準,從而統一了天上物體不自轉和地面上物體不自轉的現象。 由于本人天文知識有限,解釋僅供參考。
雖然改變一些人眾所周知的知識和觀念很難,但為了科學的進步和發展,我們不得不做出一些痛苦的選擇。 (“月球同步自轉”的錯誤觀點比“地心說”更頑固)
理論最終要服務于實踐,必須經實踐檢驗。 對于航天、深空探索、建立永久空間站,必須知道“順勢而行”(rv2=GM)的原理。 力的熱效應是機械系統中普遍存在的自然現象,吸熱和放熱是相對的。 ,利用力的熱效應,如果引力場能夠研制成功,人類將進入一個新的、更加文明的時代(在后面的話題中討論)。