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牛頓第一定律:共核慣量守恒定律與慣性定律

更新時間:2023-12-19 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

序言:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

牛頓第一定理稱為慣性定理,牛頓覺得物體由于有質量而具有慣性,假若物體不遭到力的作用,質量物體將永恒的保持勻速直線運動或則靜止狀態,力是改變物體運動狀態的誘因。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

而共核力矩守恒定理也是慣性定理,共核力矩守恒定理則指出物體具有共核力矩,不受任何外力作用下物體將以多種運動方式和不同路徑保持慣性運動,其運動路徑上任意軌跡點上的共核力矩仍然守恒,受力過程中共核力矩將不守恒共核系力矩,外力可以改變其慣性運動方式。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

因此,對這兩個定理進行全面比較和剖析,因而得出牛頓慣性定理僅僅是共核力矩守恒定理中的一種特殊情形。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

1共核力矩守恒定理與牛頓第一定理的比較1.1共核力矩守恒定理的核心內容Kdf物理好資源網(原物理ok網)

質量物體以一個中心點或軸作相對運動時,物體質量、核心距離和運動速率平方的乘積,稱作共核力矩。即:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.1.1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這么共核力矩守恒定理的敘述是:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

一切質量物體在不受外作用下,將永恒的相對一個核心點或軸運動,其運動路徑上的任意軌跡點一直保持共核力矩守恒。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

在宇宙中,共核慣性運動有三種最常見的方式,即天體公轉、自轉和自由落體運動,這三種運動方式都可以確定為不受任何外力作用下的慣性運動,都符合任意軌跡點的共核力矩守恒。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

以共核太陽系為例:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

所有行星的公轉運動是相對日心作共核運動,其路徑是橢圓,所有行星公轉軌道上的任意軌跡點,其公轉速率平方與核心距離的乘積恒等于共核太陽系的共核常量。即:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.1.2)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這表示,行星質量恒定的情況下,所有行星在公轉軌道上的任意軌跡點的共核力矩一直保持守恒。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

下邊列表共核太陽系的運動參數證明:(1-1-1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1-1-1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

1.2引力與共核力矩守恒定理的關系Kdf物理好資源網(原物理ok網)

在共核力矩守恒定理下,公轉、自轉和自由落體運動都是不受任何外力作用下的共核慣性運動,Kdf物理好資源網(原物理ok網)

由于這三種運動中,質量物體在任意時刻的運動路徑上,任意軌跡點一直保持共核力矩守恒,這是共核慣性運動的基本特點。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

天體自轉是相對于自轉軸的共核運動:自轉天體上任意位置點的質量物體如何證明牛頓第一定律?,其自轉速率平方與地軸距離的乘積加上地面位置點的重力加速度與地心距離平方的乘積和,一直等于共核系常量,以地月共核系的地面為例,則有:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

自由落體是相對共核系一個中心點趨近的共核慣性運動,其任意初始點的重力加速度與核心距離平方的乘積仍然等于共核系的共核常量,以地月共核系的地面為例,則有:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.2)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這三種共核運動是宇宙中普遍存在的共核慣性運動,是不受任何外力作用下保持共核力矩守恒的自然運動狀態。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

其實這與牛頓精典熱學相沖突,由于精典熱學覺得這三種運動都遭到了天體的引力作用,因而,這兒必須明晰引力的本質:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

引力實際是慣性運動的過程中形成的衍生力,與精典熱學概念里的引力大小相等,方向一致,因而被誤覺得是外界質量物體所施加,而實際施力物體是作共核慣性運動的質量物體本身,共核慣性運動是不受任何外力作用的。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

若把共核慣性運動形成的衍生力仍稱為引力,這么引力估算定義是:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

引力等于質量物體的共核力矩與核心(軸)距離的平方比。則有:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(公轉狀態)(1.2.3)公轉狀態(1.2.3)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(自由落體狀態)(1.2.4)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(自轉狀態)(1.2.5)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

公轉、自轉和自由落體(螺線)運動都是宇宙中質量物體保持共核力矩守恒的三種基本運動方式,并可以互相轉化,在同一共核系中共核力矩仍然守恒,這與其運動方式、運動軌跡都無關。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

因而有共核力矩守恒多項式:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.6)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

上式約去質量m就得到共核常量恒等多項式(1.2.6):Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(1.2.7)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

共核力矩守恒多項式的量綱表(1-2-1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

共核力矩量綱表(1-2-1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

2牛頓第一定理是共核力矩守恒定理的特例2.1牛頓第一定理與共核力矩守恒定理的內容剖析Kdf物理好資源網(原物理ok網)

牛頓第一定理的敘述是:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

一切物體在不受外力作用下,將永恒的保持勻速直線運動或靜止狀態不變,直至外力改變為止。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

根據牛頓第一定理的敘述,物體不受外力作用下,將有下邊幾個特點:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第一:物體運動路徑只能是一條直線。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第二,物體只有兩種運動狀態,勻速直線運動或靜止。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第三,要改變運動狀態必須施加外力,或則說物體不作勻速直線運動,則物體遭到了力的作用。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

而在共核力矩守恒定理,物體若不受任何外力作用下將作共核慣性運動,有下邊幾個基本特點:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第一,物體運動路徑是多元化的,可以是直線,也可以是圓,也有可能是各類方式的曲線,甚至是不規則線。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第二,運動狀態多元化,如公轉、自轉、自由落體、螺線運動、拋物線、波動、單擺等處于多種慣性運動狀態。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第三,物體運動速率可以是勻速,也可以是變速運動,但速率平方與核心距離的乘積是一個常量,其路徑上任意時刻中的任意軌跡點的共核力矩守恒。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第四,外力是改變其慣性狀態或慣性運動方式的緣由,在受力作用過程中,共核力矩將不再守恒共核系力矩,在外力消失后仍然保持共核系的力矩守恒。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

比如,地面上發射人造月球衛星,就是外力作用把月球上作慣性自轉的質量物體轉變為作慣性公轉,衛星發射前后的共核力矩是守恒不變的,只是共核慣性運動的方式變化。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

鵜鶘推進人造衛星不是克服月球引力做功,而是改變人造月球衛星的慣性運動狀態而作功。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

鵜鶘在推進運行過程中,把人造月球衛星從隨月球自轉的慣性運動弄成向空中的加速運動,此時人造月球衛星的共核力矩是不等于地月系的共核力矩的,共核力矩守恒的慣性運動被改變。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

人造月球衛星脫離鵜鶘后步入公轉軌道,人造月球衛星將繞地公轉,此時不再遭到外力作用,實現了共核力矩守恒下的公轉慣性運動,人造月球衛星發射前后的共核力矩仍守恒,但其慣性運動形式被改變。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

其實,共核力矩守恒的慣性運動的范疇遠遠小于牛頓第一定理的慣性運動,它們之間有沖突不相容的地方,這么怎樣融合這兩個慣性定理呢?Kdf物理好資源網(原物理ok網)

2.2理想不受外力作用下慣性運動實例剖析Kdf物理好資源網(原物理ok網)

在地面上,共核慣性運動都只能是設定的理想狀態,下邊作實例剖析:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

實例1,一輛貨車在理想狀態下無任何阻力的輪滑上行駛,其后續的運動狀態怎樣?Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這些理想狀態的輪滑實際是不存在的,其后續的運動狀態完全是思想實驗理論。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

牛頓第一定理告訴你,若輪滑是平直的與月球自轉軸平行,且與地表圓呈切線,則將永恒的作勻速直線運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

但這些輪滑不是牛頓理想實驗中的貨車,牛頓理想實驗的貨車是在無任何阻力的水平地面上行駛,而水平地面實際就是海弧面或球面,是等月球直徑的球體面,實際結果應是貨車繞月球表面做勻速圓周運動,這或許違反了牛頓第一定理的推論。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

而共核力矩守恒定理將告訴你輪滑貨車的三種情形:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第一種情形是:若輪滑平直足夠長,且平行于自轉軸與地表圓呈切線,將永恒的作勻速直線運動,這與牛頓第一定理一致。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第二種情形是:若輪滑足夠長是以水平線制成的輪滑,這個輪滑實際將繞月球一圈,則將永恒的作勻速圓周運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

第三種情形是:假如輪滑起伏彎曲不斷,高低不同,這么將永恒的作變速曲線運動,且路徑上任意時刻的共核力矩守恒,仍屬于是共核慣性運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

首先,明晰直線運動包括平行自轉軸的直線運動和水平直線運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

月球自轉是繞自轉軸運動,質量物體作平行自轉軸運動則可以認定是直線運動,這么這些直線運動的任意軌跡點的自轉軸距離恒等,因而平行自轉軸的直線運動實質是等軸距的直線運動,這么共核力矩可以表示為:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(2.2.1)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

根據牛頓第一運動定理,物體此時不受外力作勻速直線運動,而根據共核力矩守恒定理,物體在做等軸距的直線運動,由于共核力矩守恒,軸距恒等,這么速率必然不變,即勻速直線運動,此時兩個定理是統一的,沒有沖突。.Kdf物理好資源網(原物理ok網)

其次,在月球上,所謂水平面實際就是海弧面,水平直線實際就是環地表弧線,本質是等月球直徑的地帶環線,因而,水平直線運動的實質是等月球直徑的圓周運動,僅僅是由于月球直徑太大,視力錯覺可以看成直線。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

因而水平直線運動的實質是等直徑的圓周運動,在不受外力作用下,水平直線的勻速運動,實際就是是等直徑的勻速圓周運動,其共核力矩守恒式是:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(2.2.2)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

根據共核力矩守恒定理,等月球直徑即等核心距離,這么速率必然恒等,此時不受外力作用下將作勻速圓周運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

然而,根據牛頓第一定理,物體不受外力作用下只能作勻速直線運動,而作勻速圓周運動一定是遭到了外力作用,因而在勻速圓周運動上必須構設了一個虛力,把它稱作向心力,而向心力未能找到施力物體,因而虛構了超距的引力,覺得引力促使物體作圓周運動、公轉運動提供向心力。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這也直接造成超距的引力未能找到其傳遞方法和作用粒子,讓引力天文學深陷了窘境,更難以與其它力融合統一,這才是化學學的最大憤慨。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

所以說,牛頓第一定理僅僅適用于等軸距的勻速直線運動情形,因而是共核力矩守恒定理特殊情形,它存在認識和總結上的誤區。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

實例2:若一個自由運動中的單擺不受任何阻力的狀況下,其后續運動狀態怎樣?Kdf物理好資源網(原物理ok網)

根據牛頓第一定理,雖然不考慮空氣阻力和單擺線阻力,單擺假如永遠運動下去,這不是作勻速直線運動,一定是遭到了月球引力作用,借此找尋提供單擺運動的向心力,假如月球引力消失不能提供向心力,這么擺線若不斷,運動將會停止,假如擺線斷了,單擺將會作勻速直線運動。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

事實上,根據共核力矩守恒定理,單擺將永恒的運動下去,單擺從來就沒有遭到月球的引力作用,這是一個共核力矩守恒的共核慣性運動,且有共核力矩守恒多項式:Kdf物理好資源網(原物理ok網)

(2.2.3)Kdf物理好資源網(原物理ok網)

這表示單擺在任意時刻任意地面高度下其共核力矩守恒,這兒r是月球直徑如何證明牛頓第一定律?,h是地面高度,v是單擺速率,g是位置點的重力加速度。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

順便解釋傅科擺之謎,傅科擺能測定月球自轉,一個最大的苦惱就是為何傅科擺不隨支架與月球自轉,能保證在一個平面內擺動?Kdf物理好資源網(原物理ok網)

簡單回答就是:單擺是一個獨立的共核系,同樣是一個共核力矩守恒定理下共核慣性運動,是地月系內質量物體的一種共核慣性運動方式,就像自由落體運動一樣具有方向性,陀螺也是一樣原理。Kdf物理好資源網(原物理ok網)

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