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用我的三定律解动力学习题

2013-07-21 01:02

 用惯性力学三定律解力学习题
 用我的惯性力学三定律在解力学习题方面可以把问题变得简单明了。变简单了，可不是什么技巧方法的问题，而是真理与谬误的区别，是对力学基础与结构的变革。大中学物理教材中的相应部分内容应该改变了，不能再浪费千百万大中学生的宝贵精力了。物理学上空的乌云也许真的出现了。
 
 一、惯性力学三定律
1、广义惯性定律：物体总保持其内部的ρ均匀空间时的运动状态。
2、广义惯性力定律：F=kmP内
3、广义惯性运动定律：P外－P内=1/k×a
注：要比较详细地了解与理解此三定律的内容请看我以前的，特别是我的名为《引力与广义力学、整体天体》一文，特别是关于“力”概念一节（也可在“期刊网”打入“引力”一词搜索到）。在解题时，量纲系数k设为１。
 附加说明：我在上一篇《等效原理的对与错》的文章里，“惯性力学三定律的物理意义”的“惯性力学三定律的几种情况”一节里，应该再加上第八种情况：（1）当P内 =0时，其物理意义是表示在“没有重力场的情况下（P外 = 0）物体的牛顿惯性运动状态等效于有重力场情况下（P外 ≠ 0）的自由落体与公转的运动状态”（都是失重状态）；（2）当P内 ≠ 0的情况下，“没有重力场的情况下（P外 = 0）物体的加速状态等效与有重力场情况下（P外 ≠ 0）的物体的静止状态”（都不是失重状态）。这就是等效原理的真正的内涵。
二、例题
例题1：在光滑水平桌面上有两个物体互相接触，在质量为m1的物体上施一水平的力f。设m1 =2kg、m2 =1kg、f =3牛顿。试求（a）两物体间的接触力F；（b）求两个物体的加速度a （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.Com编辑整理）
 
 传统的解法：
 解：（a）设m1对m2 的作用力为F，m2对m1的反作用力为—F（即为物块的接触力）。运用力分析隔离法，（垂直方向的力分析略）对m1应用牛顿第二定律得
 f —F = m1a           （1）
 对m2应用牛顿第二定律得
 F = m2a            （2）
 由（1）与（2）式得
 F =       （3）
 （b）应用牛顿第二定律由（2）[用（1）式也可以]得
 a =  （米/秒2）。       （4）
 
 我的解法：
 解：（a）力f的反作用力就是两物体的广义惯性力，我暂用f 也代表此广义惯性力。依广义惯性力定律得
 f = （m1+m2）P内         （5）
 m2的广义惯性力（也是接触力）是
 F = m2P内 = m2    （6）
 （b）应用广义惯性运动定律得（P外 =0，水平方向重力场强度为零）
 —P内 =a
 a ==1 （米/秒2）。（方向略） （7）
 
 
 例题2：
有两个物体互相接触在下落（m1物体在上面），在质量为m1的物体上，向下施一垂直的力f。设m1 =2kg、m2 =1kg、f =3牛顿。试求（a）两物体间的接触力F；（b）求两个物体的加速度a。

传统的解法略。

我的解法：
 解：（a）（与上面(5)与（6）式解法相同，为什么？读者可以思考一下。）力f的反作用力就是两物体的广义惯性力，我暂用f 也代表此广义惯性力。依广义惯性力定律得
 f = （m1+m2）P内         （8）
 m2的广义惯性力（也是接触力）是 （转载自中国科教评价网www.nseac.com ）
 F = m2P内 = m2    （9）
 （b）依广义惯性运动定律（此方向是说明物体在重力场内，重力场强度P外 =g ，向下方向为正。）得
 g + P内 = a （为什么P内前面的符号变为加号？读者可以思考一下。）  （10）
 a = g + P内 = g +  10 +  （米/ 秒2）。    （11）
 说明：
 （一）对上面两个例题的传统解法熟悉的人，我想是会辨别出传统解法与我的解法的区别的，是会理解到我的解法的“简化”程度的。由于“力”有作用方式力与属性力之分，原来的解法没有“惯性力”（属性力，原来虚构性质的惯性力不算。）之说，而我的解法则在分析习题时是必须要用到的。在此例题1与例题2中，原来解法的“接触力”是作用方式力，而m1对m2 的作用力的性质是广义惯性力（属性力）。m2对m1的反作用力就是外力，而绝不是广义惯性力。因此，力Ｆ是接触力也是广义惯性力。
 （二）P内与P外是原来力学体系里没有的新的物理量，此新的物理量的加入具有重要的意义。它意味着原来力学没有重视一个客观事实，（许多人也注意到了这个事实，但没有上升到理论核 心层次的认识。）物体在受真正的外力（合外力不为零的外力，抛开外力性质的重力）时，物体内部就会有压强梯度（从另一种角度来说，其空间不是各向同性。）。但是，压强梯度是经验层次的概念，必须上升为理论核心抽象的概念，于是，P 就是与此经验层次的概念对应的力学理论核心层次的概念（也就是基本概念）。
 （三）广义惯性“力“定律与广义惯性“运动”定律的区分，广义惯性力定律中的力与广义惯性运动定律中的运动状态的分离，正是反映了这样的本质：物体受到外力（也就存在与其反作用力的物体本身的广义惯性力）与其运动状态无“直接”关系。P内在其两个公式中都存在，其形式意义就是起到了连接两个公式桥梁的作用。而本质意义就是广义惯性运动定律说明了物体的运动状态仅与物体的P内有关，而与物体的“质量”无关。物体有没有受到外力的判定标准就是有没有内部的ρ梯度值（P内），也是判断是否是处在真正的“惯性运动状态”（失重状态）中的标准。广义惯性三定律本身就包含了“等效原理”，是等效原理的本质认识。有了广义惯性三定律，等效原理就完成了它的历史使命。也就是说，有了我的广义惯性三定律，如果谁还在专门探讨“等效原理”已变得没有任何意义了。

（科教范文网http://fw.ΝsΕΑc.com编辑）

 （四）例题1与例题2中的物体分别是在没有重力场（水平方向）与有重力场的空间内的情况。如果按照传统解题思路，要求出两物体间的接触力，都要经过“运动状态”这个弯路，而且是不同的大弯路，而用我的三定律来解，就避免了此弯路。（5）（6）与（8）（9）式的相同，就说明了这一点。也就是说，在我的广义惯性三定律这里，把“力”与“运动状态”分开来解决，问题就简化了。如果读者基本上理解了我的“三定律”，可以举一反三地做其他的例题，在不断地用我的三定律解其他的例题过程中，你会体验到把问题变得如此简单而带来的快乐。传统动力学总是用“力”分析的角度来解决问题，这样，在涉及到“运动”方面的问题时，往往多了一个到最后要“消掉质量”这个环节的麻烦。而用我的三定律，就避免了此多余的环节，直接可以用“P”矢量分析来求解，思考将变得简单多了。
 更重要的是，通过加速度a，又可以转化为直线、曲线等运动形式。而传统的力学，是没有这个两个问题的区分的认识的，是把力、运动状态、运动形式混在一起的，从而加大了问题的复杂性。有人会问：“飞轮”的转动，怎么求其广义惯性力，其反作用力又在哪？此问题在大学的教科书中，是属于非惯性系问题。此飞轮的广义惯性力的求解，对凡是熟悉理论力学的人来说不难。而其反作用力就是飞轮本身的“张力”。如果此“飞轮”不绝对“均匀”，那么“多余的”广义惯性力的反作用力就是“轴”。不均匀质量分布的“飞轮”，其加快“轴”的磨损现象，就是此道理。我再说一说涉及一个有应用价值方面的问题，飞机的寿命考察因素也应该把它“加速”过程的“总和”因素加进去，而不是简单地计算起飞降落的次数。因为按广义惯性运动定律，会引起飞机内部“压强梯度”。
 
 三、物理学上空的乌云也许真的出现了
 我在前一篇名为《万有引力真的失灵了吗》文章里说：知识（包括理论）是“淘汰制”。那么，我的两个“成就”又要淘汰了什么知识呢？本文将要“淘汰”原来的解题思路与解法，这是读者在本文直接看到的。我认为，我“发明”（也有发现因素）了惯性力学三定律，是把原来“分立”状态的牛顿三定律、伽里略的落体定律、“引力定律”、爱因斯坦的等效原理有机地结合在了一起。原来的“分立”状态是说明还没有认识到“本质”。可爱因斯坦把牛顿力学归于他的张量引力场方程的“一级近似”后（此说法容易给人一个误导，以为他的方程才是“精确”的，进而又是“高级的”，实际上恰恰相反。），又原封不动地还给了牛顿，还给了大众，以至于在今天，给中学生与大学生吃的还是“牛顿大众咖喱午餐”，而爱因斯坦的理论却成了特殊学位的“小灶”。我的“成就”就是把此“小灶”也变成了“大众午餐”（可不是“咖喱”了）。然而，我也不愿意看到的是，我要淘汰的是爱因斯坦的“弯路”部分，此“弯路”部分正是被今天科学界所“宠”的部分，此部分就是什么引力波、黑洞、引力透镜等（因为它们没有实在的经验基础）。我淘汰了牛顿的地球潮汐现象的月球引力原因的解释（我在适当的时候将会专题议论此方面的问题）。我要淘汰的是“我们与我们饭桌上的烧鸡之间也有‘引力’”。我要淘汰的是“引力无限延伸”，重力场有范围。我要淘汰的是“任何‘质量’周围都有‘引力场’”，重力场仅在恒星、行星与部分整体性卫星周围存在（为什么？我将在适当的时候再议论此问题）。我也许还要淘汰“白矮星”概念，因为此概念也是“万有引力”产生的。……。同时，我还又找了许多的麻烦，如地球潮汐现象的原因需要重新探讨、我的三定律与物理学其他定律的关系需要重新调整等等。 （科教范文网 lw.nseaC.Com编辑发布）
 最后，有人也许会问：你十九岁就开始决定研究“引力的本质”，到如今已经三十年了，你能不能用一句话说一说引力的本质到底是什么？我只能再重复地说一句：引力的本质就是引力是对“重力”本质的错误认识。引力本来“子虚乌有”，也是“虚构力”。说引力是“子虚乌有”，谁都会说，然而我感到庆幸的是，我还原了爱因斯坦的本意，建立了新的力学三定律（有破也有立）。同时我也有了有待于继续证实的“发现”——重力场仅是在某些天体周围出现的事（经验命题）。今天有不少人说“科学要终结了”，这是感觉，仅局限在教科书中，当然会有此种感觉。我们人为地把“知识”僵化，能不感到“终结”吗！我们看一看人类思维的历史就会知道，在我们人类几千年的“文明”史中，我们人类的思维创造了多少的“神话”，创造了多少“自然界”所没有的东西。我们今天的“科学”是否还有被今后几千年的人们才认识到的在自然界中“莫须有”的许多东西。人类的文明史才几千年，从“女娲”补天到今天的“黑洞”，是否在继续创造“神话”。如果人类的历史还会有几万年或几百万年，那么，我们今天的人类才是刚刚走出“大山沟”的中学生，在太空望远镜里看到了光怪陆离的遥远的宇宙，在“加速器”里看到了像“苍蝇乱飞”的基本粒子，不知道我们又要创造出多少“神话”来。我们人类还很年轻。“引力神话”破灭了，说不上明天又创造出什么“神话”来。不过，既然今天我们人类能够登上月球，我们人类的未来还是充满希望的，被破坏了的生态圈，不仅仅是要恢复她，也许还要“人为”地创造出更合理的“生态圈”，让子孙万代生活在更合理的地球上。既然几百万年前就有“恐龙，那么几百万年后还应该有生命活跃在地球上。那就看我们人类怎样善待宇宙的明珠—地球了，因为大自然给生命存在的条件太苛刻了。也许在今后的科学的历史上，就像我们地球的气候一样，不会总有“晴天”，也不会总有“乌云”。

（科教作文网http://zw.ΝsΕac.cOM编辑）

 
参考文献
[1]马英卓：引力是产生出来的，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1998年第五期。
[2]马英卓：引力与广义力学、整体天体，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1999年第三期。
[3]马英卓：惯性力学与整体科学体系，《科学》（科学美国人中文版）杂志，2000年第七期。
［４］马英卓：等效原理的对与错，《当代物理世界—物理》网站
［５］马英卓：万有引力真的失灵了吗？《当代物理世界—物理论文集》网站