在歐幾里得幾何中什么是質(zhì)點 質(zhì)點的定義,將空間物體的運動看作是一個點的運動,這個點是沒有空間大小的具象點;牛頓熱學是構(gòu)建在歐幾里得幾何空間下的運動,因而牛頓研究物體運動時也不考慮物體空間大小,將物體運動具象為一個點的運動,那就是質(zhì)點。有了質(zhì)點概念后,他進一步完善了剛體、剛體等概念,進而完成了他的熱學概念體系。
1質(zhì)點
質(zhì)點是一種理想化模型。在研究機械運動時,若物體形狀和大小對運動影響可以忽視,我們就可以把它看作是一個具有一定質(zhì)量的幾何點,稱為質(zhì)點。實際上,牛頓運動定理就是針對質(zhì)點而言的,牛頓多項式中的加速度就是歐幾里得幾何中點的加速度。
能夠?qū)⑽矬w看作質(zhì)點處理須要滿足以下條件的其中之一:
(1)物體各個部份的運動情況相同,它的任何一點運動都可以代表整個物體運動,即物體具有質(zhì)心性。
(2)物體大小和形狀對研究問題影響很小,可以把它看作一個質(zhì)點。
(3)轉(zhuǎn)動物體什么是質(zhì)點 質(zhì)點的定義,只要不研究其轉(zhuǎn)動且符合第2條,也可看成質(zhì)點。
可見,質(zhì)點是只具有質(zhì)量沒有空間大小或空間大小不考慮的幾何點。但不能把它和微觀粒子如電子等實體概念混同上去。若研究的問題不涉及轉(zhuǎn)動或物體大小跟問題中所涉及到的距離相比較微小時,即可將這個物體具象為質(zhì)點,如研究月球公轉(zhuǎn)時,月球直徑比日、地寬度離小得多,就可把月球看作質(zhì)點,但研究月球自轉(zhuǎn)時就不能把它當作質(zhì)點。又如物體平動時,內(nèi)部各處的運動情況都相同,就可把它看成質(zhì)點。所以物體是否能被視為質(zhì)點,完全決定于所研究問題的性質(zhì)。
2剛體
空間物體所具有的質(zhì)量被看作是集中在物體內(nèi)某一點上,這個點就叫做是該物體的剛體,這是一個假想點,用它就可以和歐幾里得的空間幾何點運動聯(lián)系上去,因而和牛頓熱學的質(zhì)點運動統(tǒng)一上去。剛體也僅是一個點,與物體形狀無關(guān),才能作剛體處理的運動物體必須具有質(zhì)心性,即要求剛體點的運動可以代表整個物體的運動。可見剛體和質(zhì)點概念是相通的,在研究空間物體運動時,剛體本身就轉(zhuǎn)化為質(zhì)點含義了。
3質(zhì)心
質(zhì)心運動是構(gòu)建在牛頓熱學基礎(chǔ)之上但又不同于牛頓熱學,因牛頓熱學研究的是物體作直線或曲線運動的現(xiàn)象,但沒有涉及到物體載流子與運動的關(guān)系;質(zhì)心熱學除了研究直線或曲線運動且還研究載流子運動。牛頓熱學和質(zhì)心熱學研究的物體對象都是被作質(zhì)心這一屬性來處理的。
質(zhì)心:就是一種特殊的質(zhì)點組,組成質(zhì)心的每位質(zhì)點都遭到完整的束,致使質(zhì)心上任意二點間的距離在運動中保持不變。
質(zhì)心定義很具象,但我們可以這樣理解:一個物體不論其受力大小、方向怎樣,它形成運動變化時的形狀和大小仍然保持完全不變性,這個物體就可叫做質(zhì)心。在實際運用中,質(zhì)心又有相對性和絕對性之分。
質(zhì)心相對性:是指由不同材料組成的二個物體,在受同樣大小沖擊力作用時所表現(xiàn)出的不同變型程度,將它們的變型程度相比較,變型小的相對于變型大的就可以稱為相對性質(zhì)心,比如,我們用木錘輕敲一塊橡皮,則橡皮會表現(xiàn)出較大變型,而木錘就看不出有多大變型,這時我們可以說木錘相對于橡皮為質(zhì)心;假如用木錘輕敲一塊石塊,則木錘才會表現(xiàn)出較大變型而石塊就看不出有多大變型,我們說石塊相對于木錘為質(zhì)心;雖然二個物體向撞時就會發(fā)生變型,只不過石塊變型程度較木錘小而已。
質(zhì)心有絕對性:它包含二個方面涵義:
(1)、牛頓熱學所定義的剛體概念,它的容積不受外力和運動變化影響,仍然保持不變,因而它可以看做是絕對質(zhì)心,但它只是一個理想化的虛擬點。
(2)、最基本粒子概念,我們在處理微觀粒子運動時就表現(xiàn)出絕對質(zhì)心概念,如我們用電子撞擊質(zhì)子、中子、原子核等試驗中,質(zhì)子、中子、原子核等就會因電子撞擊而分裂出其他粒子來,電子則不會,因而可以說電子相對于它們有絕對質(zhì)心性,由此我們給出關(guān)于粒子分類的概念,即電子相對于質(zhì)子、中子、原子核等就是基本粒子,而質(zhì)子、中子、原子核等就表現(xiàn)出非基本粒子性,它們都可看作是由電子組成的復合粒子;由此推理,如果光子是電子的組成部份,這么電子相對于光子而言就是復合粒子,光子就是絕對質(zhì)心。現(xiàn)代粒子化學學試驗證明,正負電子對抹殺可放出1、2或3個自由光子,因而將電子看作是光子復合體是合理的。這樣看來,絕對質(zhì)心概念就和物質(zhì)組成中的最基本粒子概念相一致了,因而說,牛頓熱學的質(zhì)點、質(zhì)心概念、剛體熱學的絕對質(zhì)心概念、粒子化學學中最基本粒子概念都表示同一種涵義,只不過它們對物質(zhì)屬性的抒發(fā)形式不同罷了。
就目前化學學來看,光子有質(zhì)點性、質(zhì)心性、絕對質(zhì)心性,另外還有載流子和載流子磁場,將它作為最基本粒子是可以的,除非之后能找到比光子更小的粒子能夠改變光子這一最基本性。愛因斯坦在相對論中就規(guī)定,光子不變且任何物體運動都不可能超過光速,其初衷也就是想定義出一個絕對的基本粒子概念,只不過他是用絕對速率概念取代罷了,因而他在討論物體運動時覺得空間是可變的,卻從沒有涉及光子載流子和變型闡述。
化學學中,牛頓微積分思想承認物質(zhì)有無限可分性,因而,微積分的物質(zhì)體系內(nèi)應不存在最基本粒子概念,即牛頓微積分思想不適用于處理最基本粒子問題,如質(zhì)心熱學上將質(zhì)點的載流子力矩定義為I=mr2,將要質(zhì)點轉(zhuǎn)動力矩看做是直徑為r的纖薄圓環(huán)的轉(zhuǎn)動力矩,這是在微積分思想下的無奈之舉。牛頓熱學是構(gòu)建在質(zhì)點概念之上的運動熱學,質(zhì)點概念就是最基本粒子概念,因而說牛頓質(zhì)點概念和他的微積分思想又是矛盾的。
4旋轉(zhuǎn)力矩與質(zhì)點載流子力矩
在剛體力學中,研究物體旋轉(zhuǎn)或平面平行運動時,引入一個轉(zhuǎn)動力矩I概念,I大小隨物體形狀和旋轉(zhuǎn)軸位置不同而不同,如圓球繞中心軸旋轉(zhuǎn)時I=2mr2/5,繞切線軸旋轉(zhuǎn)時ID=7mr2/5,這是運用牛頓微積分物理得出的結(jié)果。
對于纖薄圓環(huán)和質(zhì)點載流子,質(zhì)心熱學中則給出這樣的定義:如今數(shù)學學將質(zhì)點的載流子力矩定義為IZD=mr2的思想就是將質(zhì)點質(zhì)量看做是均勻分布在直徑為r的無空間大小的圓環(huán)上(圖-1)。這些定義是沒有摒棄牛頓微