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《天龙物理学》精讲39

正文:

横向能量的生成

在太空中一切物体都按照一定速度去运动,此时物体的能量按公式E=mv去计算。现在假设一座小山落在某个星球上,这座山静止了。我们可以判断这座山是受到地面的支撑了,假设没有坚实的地面,这座山会继续按照一定的速度往地心去运动运动的能力是宇宙赋予的。这座小山分别落在冰面上,落在坑槽里,落在普通地面上,接触面的摩阻系数不相同,推动它们需要的最大横向能并不相同。我们借助山体,给它安装一个液压机,山体不被破坏的情况下,会发现落在坑槽里对抗横向作用的能力更强,普通地面次之,冰面最差。我们会得到一个结论:摩擦系数越大,对抗横向能的能力越大。星球上一切横向能都是符合这种规律,横向能的计算,第一是按E=mv公式计算出竖向能;第二是测定摩阻系数f,按公式E=fmv可计算出最大横向能。

 

评议:

一般建筑把基础埋于地下,能够抵抗一定的横向运动的能力。普通物品比如一个凳子,一杯子,哪怕一块地砖,它们都对于横向运动都有一定的要求。

有时候横向摩阻大数值了好,比如抗滑鞋;有时候横向摩阻数值小了才好,比如溜冰鞋。汽车轮子,一方面要利用轮子的材料来增加摩阻,一方面要用圆的结构来减少摩阻。

 

正文:

影响摩阻系数的因素

摩阻系数是没有单位的比值,不是有单位的定值。按 f=E/E可以得出经验值。由于速度是能量的显量,我们可以用速度这个显量来验证摩阻系数。假设100千米每小时的车辆经过摩阻系数f=0.2的路段,车速会瞬间降低为80千米每小时,如果此处经历了2秒,第二秒车辆的速度则降低为64千米每小时。车速为1千米每小时,经过此处也是按照比率降速为0.8千米每小时。摩阻系数只和前一秒速度相关,和方向无关。速度越大,减速越是明显;速度低,减速虽然不够明显,但它是按照比率去降速的。影响摩阻系数的影响因素一般有接触面积、结构形式、材料粗糙程度等。同等质量物体,接触面积越大,则f越大;同质量的物体,结构形式也是影响摩阻系数的根本因素。比如人前倾,可以输出更大的横向能。

 

评议:

摩阻和接触面积有关,和粗糙程度有关,大家都很清楚。和结构有关,比如支撑结构;我们倾斜身子会输出更大动能,可以抵抗或者推动物体运动。最为特殊的结构是圆形物体如轮子、球体,是巧妙的利用结构,把摩阻降低到最低。

摩阻是没有单位的系数,是按照比率来计算的。比如摩阻系数20%,推动一吨的物体至少需要输出200千克的横向力(能);当推动1千克的物体,至少需要输出0.2千克的横向力(能);当需要推动100吨的物体时则要输出20吨的横向力(能)。

许多人对于摩阻的理解是含混不清的,他们认为比如推动100千克的物体,摩阻是20千克推动1吨的物体摩阻还20千克。他们往往把摩阻当做一个定值,可以和其余作用叠加的

经典力学研究的是静力学,运动的物体也是按照静力学来分析的。比如用20N的力推一个自重G小车,小车的速度为v,该怎么分析这种运动模型?他们会正力20N,反力(摩阻)20N,稀里糊涂的把问题做完了。实际情况是:摩阻力就是fG,20>fG时,物体运动了,20-fG的能量转化为运动,v=(20-fG)/m。如此一整套计算程序才算完成。

 

正文:

机械能是有方向的

物体有速度,自然就有方向,这个就是动能的方向。有的观点会把能量视为一股气;热能会向四周辐射;而机械能却是定向的。地球表面上的物体,一切的根源,都是来源于物体的自重。牛顿力学认为自重按公式G=mg来计算;天龙物理认为所谓自重,其本质是动能,按计算式G=mv来计算

地面有了摩阻面,才有可能生成横向或能”,物体横向运动需满足三个条件:

物体有了向下的动能,这是横向能生成的条件之一;

模阻系数越高,横向能才有可能越高,这是第二个条件

我们推动物品,输出的能量应大于物品的fmg,就可以推动物品,否则就不可以,这是第三个条件。三个条件都具备了,物体就可以移动了。

在通常条件下,人们背靠墙体、山体才可以输出更大的横向能;而山体、墙体它的最大横向能来自于自重;山体墙体的第二个条件是,它们是固体的,不易变形。人类借助了这一物理性质,可以找到点,就能输出更大

我们借助山体可以输出多大的动能呢?根据公式E=ps,只要知道人体背靠山体的面积,测出背靠的压强,就能精确计算出横向动能的大小。在输出面,知道动能有多大,知道输出面积,就能精确计算出输出面的压强有多大。

 

评议:

静止的根本原因是E<fmg。我们对一个物体施加力(能),让之运动,是有门槛的,如果初始能量E<fmg,物体是不会运动的;物体运动中,卸力了,它会带着惯性前进,它的能逐渐消耗,当物体拥有的动能E≤fmg,物体则会静止。

经典力学认为物体做环周运动,它可以分解为切向力和向心力,在环周运动中每一秒会散失一部分力,直到力或者能消耗完毕为止

然而天龙物理学认为他们这种分析方法问题。所谓动能一定要运动,它即使改变方向,动能也不该丢失。例如飞机在天上绕8字;汽车在高速公路转弯,并没有观察到减速现象,也就是说,运动的物体改变方向,动能并没有被损耗

 

杠杆验证E=mv的真理性

如下图:

杠杆左侧长度和右侧长度之比为L1:L2=1:2,杠杆两侧能量是平衡的,如果能量出现差值,就会上下震荡。两侧物品质量差mm=2:1,重物处物体上升距离为h,另一端则会下降2h。vv=1:2。它们一定符合能量公式E=mv。

牛顿力学则认为,物体平衡是按照公式F1L1=F2L2来计算,这种算法乍一看有一定道理,实际是经不起推敲的,比如天平,它的左右力臂长度总是相同,左右物品质量也是相同的,那么天平应如陀螺般旋转才对,不应当上下震荡。天平不能如陀螺一般旋转说明宇宙中另有一重原因未被发现。

天平两侧杠杆长度相同,但是由于g(加速度)是按照高差变化的,这种变化数值很小,但是宇宙已经能感受到了。因此高差产生极小的变动。如图:

 

天龙物理学认为,在天平震荡的过程中,左侧物品位于高处,受到加速度为g1,右侧物品相比较要低h的距离,它的加速度为g2。两个物体应当在g3处加速度一致,于是mg3=mg3。但是在天平震荡过程中,h越大,| g1-g2 |的值就越大,当经过平衡处,则跑过了,于是高差h使g产生差值,又要重新震荡,直到平衡为止。

由于g存在差值,固然h越大,天平越是不可能如陀螺般旋转。但是根据F1L1=F2L2,天平是可以旋转的;因此我们有足够的理由推断杠杆理论出了问题,而应当采用E=mv=mv来计算。

 

评议:

mv的内涵在历史上颇有争议,天龙物理认为它的内涵为能量天平左右两侧的能量应当是均衡的如果左右不平衡,天平就会震荡。

但是现在动量理论,而且动量也会守恒。

为什么会有动量概念?是因为经典力学有一定的漏洞。

首先,牛顿第二定律F=ma认为,只有加速度才是力,瞬时速度v是什么,牛顿力学起初没有定义其内涵。然而在实践中发现,mv是成立的,可以明确它是个物理量。

其次,牛顿力学的动能公式为:E=(1/2)mv^2,他们并不认为mv是能。

还次,主流否定mv是能量,但是它会守恒,因此需要制造出一个新的物理量就是动量,新的守恒方式就是“动量守恒”。

动量既不是力,也不是能。说它不是力,它和牛顿第二定律极其相似;说它不是能,它会守恒。

总之动量在经典力学里,并没有明确其内涵,它可以是力也可以是能,但是谁也不明确它就是力或者就是能,总之动量是个十足的和稀泥单位。

 

能量的理论目前也不完善。我后面会谈到一个观点:

瞬时之能和功有区别。牛顿力学认为W=Fs,力运动的距离的乘积是功。而我认为所谓的F本身就是瞬时能量了,物体运动到一定距离究竟消耗了多少功呢

物体达到运动速度的能量是mv,达到这个速度之后是按照“惯性”前进的(其实惯性理论并不完善,它会永远运动,固然mv是个定值),瞬时(一秒)运动的能量为E=fmg,运动了两秒,那么就是2倍能量,运动了十秒就是十倍。倍数n=n秒/1秒,最终n就是个自然数,于是功的计算式确定W=mv+nfmg。

一辆正在均速行驶的自行车质量为m,速度为v,地面摩阻为f,行驶了一分钟,这辆自行车消耗了多大的能量?首先自行车现在的速度就是动能,计算式为E=mv;自行车横向运动的能量为fmg;用时60秒就是60fmg。套用公式W=mv+nfmg,计算思路会一目了然。

 

正文:

E=ps意味着什么

只要有压强作用在面积上,就会生成能。但是能量未必能使物体移动。比如我们推墙,有一定的压强,能作用在一定面积上,那么我们输出的能量就是确定的。在牛顿力学里会认为,我们推墙,如果墙不动,即使我们流了一身汗也是没有输出能。初学都会感觉哪里不对,为什么不对,谁也无法说清楚。物体不运动就不算做功,这种观点在牛顿力学里有其它内涵,这里先不探讨它。只需要知道天龙物理学和牛顿力学有区别即可,知道天龙物理学试图给“做了无用功”的人们翻案即可。

 

评议:

动能作用在物体之上,一定会激发相应的对抗机能,有的变型肉眼可见,有的变形肉眼看不见;而且变形也是双方的,施加作用的一方会变形,被施加作用的一方也会变形。物体变形是一种能量存在的形式。

而经典力学对于物体变形有其它解释,是否做功要观察是否运动了,不运动就没有做功功计算式为W=Fs,其内涵是物体受到的的方向上移动的距离的乘积是功把一个物体以F的力推动s的距离,Fs就是功;推墙墙不运动,s为零,所以视为没有做功;惯性运动,F为零,所以也不作功。

 

本学说认为:物体运动的机械能(动能)实际是叠加状态,它有两部分组成,一部分是动能基本公式E=mv,达到某种速度,物体会按惯性去持续的运动。所以预想让物体运动,或者让正在运动的物体变速,就要施加对应的mv的能量。还有一部分是对抗摩阻的能量,瞬时摩阻按E=fmg计算,持续的运动的摩阻则按E=nfmg计算。物体由静止到均速运动的机械能基本计算式为:W=mv+nfmg。

牛顿力学里W=Fs有个隐藏的逻辑就是,力客观单独存在,所以力在方向上会运动距离;牛顿理论对于运动形成力的观点是比较模糊的。我对于力和运动无关的一切理论都持批判态度。

牛顿力学里,动能和运动关系不大,首先物体运动是惯性导致的,不受到作用会永远运动下去,也就是说牛顿力学里有运动和能量无关的隐逻辑。其次动能和势能还有内能的变化理论,能量似乎是一种不可捉摸的神秘事物,它可以独立于物质之外的一种事物。再次力运动距离是功,这种观点的下游有一大堆成型的理论,纠正这些问题几乎无从下手

动能这个词汇也有一定的歧义,很多人会认为动能一定会运动;我认为动能一词应泛化至运动相关的一切机械能为好。天龙物理学里,动能、机械能的内涵基本一致;后文会展开讨论和批判,会对于势能和内能理论提出一系列的看法

牛顿力学里提出的概念,功是机械能的总和。这些理论的提出都是相当的科学的,我们通常也明白功就是能,但是不是严格意义的等同物体运动瞬时能和综合能,都是能量,瞬时能计算式:

E=mv+fmg

综合能(功)计算式:

W=mv+nfmg

功和能的量纲是一致的。

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