|
本人通过长期研究并查阅大量文献,认为只要修改经典力学个别表述,机械能守恒定律满足力学相对性原理,主要结论如下:①传统教材认为势能与位置相对应,可是量子力学中存在显含时间的势能,显然存在不协调处,因此势能应该和力相对应。势能分为外势能和内势能,外势能(单质点的势能)不具有伽利略变换的不变性,内势能具有伽利略变换的不变性;②“势能属于系统,势能是相对位置的函数”只适用于内势能,建议力学教材说明;③把地球看做惯性系的同时默认其质量充分大,忽略其能量、动量、角动量等物理量的变化,此时地球不再属于所研究的系统;④保守力的定义可以简化为:只与空间位置有关的力或者说稳定场都是保守力场,力学中力可以分为保守力(稳定场)、非保守力(非稳定场)——显含时间的力(耗散力为显含时间的力),浮力、光滑约束中的约束力、惯性力、静摩擦力等都是保守力,不存在显含时间的惯性力;⑤力的保守性具有伽利略变换的不变性;⑥动能、势能和机械能的计算公式一定体现能量与质量成正比.E=
kx2与重力势能、引力势能公式不同,前者与质量无关,后者与质量成正比,这本身就具有一种不协调性,这是物理学理论所不能允许的,正如爱因斯坦1905年在《论运动物体的电动力学》中指出的:“大家知道,麦克斯韦的电动力学——象现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体上时,就要引起一些不对称,而这种不对称似乎不是现象所固有的.由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力,质点受到弹力而具有的势能叫做弹性势能,E=
kx2并非弹性势能的一般公式.Ep=
kx2适用于弹簧振子中质点的弹性势能,但是不适用于所有的惯性系,仅仅适用于观察者在弹力方向上的分速度为0时,势能零点而且必须选在平衡位置,其他情况不成立.当考虑弹簧质量时,Ep=
kx2可以认为是弹簧的机械能公式,弹簧静止时是弹簧的弹性势能,也不是适用于任何参照系,仅仅适用于观察者在弹力方向上的分速度为0时,势能零点而且必须选在平衡位置,该公式对于约束力等弹力的弹性势能也不成立,建议力学教材指明其局限性;⑦引力势能
仅仅适用于观察者在保守力方向上的分速度始终为0时,而且坐标原点必须选择在无穷远点,其他情况不成立,建议力学教材指明其局限性;⑧保守力的功是力与质点位移的数量积,力只能作用在有质量的点上,弹簧振子只需研究质点即可;势能不能直接对外做功,只有转化为动能才能对外做功;势能的一般定义——由于质点受到有势力而具有的能量叫做势能,因此由于质点受到弹力而具有的能量叫做弹性势能.⑨伯努利方程满足力学相对性原理;⑩功能原理表述为:非保守力的功等于机械能的改变量,机械能守恒条件——研究系统里只有保守力(或者说没有显含时间的力),机械能守恒定律满足力学相对性原理,牛顿运动定律满足伽利略变换是机械能守恒定律满足伽利略变换的充分条件,机械能守恒定律无条件服从力学相对性原理;对于同一个物理过程,只要在一个参照系机械能守恒(拉格朗日函数和哈密顿函数不显含时间),在其他任何参照系一定守恒(拉格朗日函数和哈密顿函数不显含时间);耗散力的功严格讲不能按照单质点对待,具有伽利略变换的不变性;如果简单按照单质点问题处理,耗散力可以作为显含时间的力处理.耗散力的功严格讲不能按照单质点对待,具有伽利略变换的不变性;如果简单按照单质点问题处理,耗散力可以作为显含时间的力处理.W=F.S⇔F为保守力⇔
.W=F.S不适用于耗散力,由于功的定义式W=F.S是对于保守力(稳定场)定义的,因此动能定理仅仅对于保守力(稳定场)成立,利用动能定理时如果存在耗散力,其实是在该时间段按照保守力处理,功不是伽利略变换的不变量,此时不考虑产生的内能.机械能守恒定律是动能定理的推论,此时不考虑耗散力的功,机械能守恒定律满足伽利略变换的不变性.功是一个过程量,滑动摩擦力对物体做功与路径有关.如果考虑运动过程中产生的内能,那么功是伽利略变换的不变量,由此可以验证能量守恒定律的一个推论:对于同一个物理系统,不同观察者(包括惯性系和非惯性系)测量的能量之差(对于保守力能量指的是机械能,不能单指动能或者势能)是一个定值.进一步我们可以得出热力学中功、热量、熵等物理量都具有伽利略变换的不变量,热力学定律也具有伽利略变换的不变性.⑪相对性原理是内容,单独的协变性是形式,二者是形式和内容的关系,无需进行区别,不需要引入联合协变的概念,爱因斯坦和朗道对于相对性原理的表述是正确的,纠正了部分文献的错误;牛顿运动定律的所有推论(例如声波运动方程、欧拉方程等)都具有伽利略变换的不变性;⑫相对性原理在物理学中具有核心地位,宇宙中没有一点具有优越性,所有的位置都是平权的,宇宙没有中心!相对性原理就是平权原理,就是物理规律的普适性.经典动量守恒定律和角动量(动量矩)守恒定律类似于机械能守恒定律中系统势能不变时,系统动能之和也不变,显然不是对于任何参照系都协变,例如经典的动量守恒定律对于惯性系协变,对于非惯性系不协变;经典角动量(动量矩)守恒定律对于惯性系和非惯性系都不协变.角动量(动量矩)守恒定律中需要引入角冲量(冲量矩)才满足力学相对性原理,角动量(动量矩)守恒定律(质点对于某一点(或某轴)的角动量与角冲量(冲量矩)可以相互转化,但是它们之差不变)、动量守恒定律(系统的动量与合外力冲量差是一个常数)、能量守恒定律适用于所有的参照系——对于同一个物理过程,只要一个坐标系守恒,其他坐标系一定守恒,符合爱因斯坦的科学思想——物理规律对于所有的参照系都相同.动量守恒定律和牛顿运动定律(包括第一定律、第二定律、第三定律)等价,可以构建以动量守恒定律为核心的牛顿力学体系;⑬日心说和地心说在本质上等价,只是由于太阳的质量巨大,以太阳为惯性系计算误差小的多;[44]⑭无论是伽利略变换还是洛伦兹变换,所有协变量的测量都应当满足对应原理的要求.
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2026-6-28 04:26
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社