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逆子先生: 我通读了您的文章“力速度与力的极限速度”,在认真思考的前提下,发表我个人的观点。 我不赞同您的理论。
首先,恒力是指大小和方向都不方生改变的力,这是经典物理学的定义,它本身并没有
涉及到一个作用时间问题,您并不能因为您的还未证实的观点“力速度”来否认自然界中恒力
的存在,这里您所说的“恒力”已不是经典物理学规定的恒力,而带有您理论的色彩,您这里
的“恒力”是隶属于您所阐述的理论的。它应该定义为“随物体运动速度无关的始终能维持恒
定的大小和方向的力”。普遍意义上的恒力是指在所研究的某一段空间位置变动和时间变化的
“狭小”范围内力的大小和方向不变的力。你无法否认物体在低速度运动的情况下保持匀加速
运动是受到恒力的作用。至于在高速研究范围内力会不会变只能说明在该段研究过程中力是否
为恒力,而不能否认前一段低速运动过程中受恒力的作用的事识。这里我只是想说明您对恒力
的概念不正确,并不直接驳斥您理论的正确与否,我建议在您的理论中将所谓的“恒力”换一
个名词,以免引起误解,不利于您的证明。其实恒力的定义完全可以类比运动学中“速率”的
定义来帮助理解,恒力完全可以理解为瞬时量,正如正在加速运动的物体,速度是时刻在变化
的,但当选择一个时刻(即一个时间点时)我们可把它看作是一个定值。至于它下一时刻发生
的变化,完全不影响它是一个定值。不能说下一刻它速度发生变化我们就否认瞬时速率的值的
确定性, 这是极端荒谬的。恒力也如此,它可以是在一个瞬间或一个研究段内大小和方向都
不发生改变的力,至于下一时刻它是否改变,只能证明它在下一个研究范围内不属于恒力,而
这丝毫不能说明它在我们所要特定的研究范围内不是恒力。所以说,研究物理必须要明确概念
,在概念的基础上通过严密的逻辑推理得出论断,而不是随意改变定义,这样大家都没有统一
的标准是没法研究问题的。我们要树立概念的权危性,基至是至高无上的不容随意改变性。如
果您坚持要用恒力这一概念,请您先声明您的研究对象是物体运动速度发生变化以至接近光速
的过程,在这一过程是没有恒力的,不而是自然界中根本不存在恒力。这是您对概念没能正确理解的“用词”错误。“恒力”并不是永恒不变的力。
同样,您没能正确理解物理学中力的定义,而只是主观臆断成具体的,片面的力。其实
力是多样的,产生力的方式也是多样的。要知道:力是物体间的相互作用。只要符合定义的,
不管它是怎样产生的,都是力。而您所说的,只是这样一种单一的情况,您自觉或不自觉的缩
小了力的范畴,您指的力只是简单的,一个被加速物体受到比其速度大的物体推力的作用,这
样一来,当力被具体化后,无疑缩小了力的范围,将力直接与速度联系。您认为只有有相对运
动的两个物体间才会有力的作用,相对运动停止,力也终止。而您在这一小范围的断论,我是
完全赞同的,但您用片面的断论来以偏盖全地否认相对论则是错误的。自然界中如果力的作用
形式只局限在您所描述的情况下,那么相对论则是错误的,您的观点显示了您高超的物理技艺
与敏锐的物理直觉,但事实上,很多种情况您并不能用力速度来作出解释,而唯有相对论承认
质量随速度发生改变才能解释。正如您在结尾处说的:“力速度的概念已建立,使人们对力本
质的认识又更进一步,但本文仅是从几种自然力的类比中而得出的结论,缺乏严谨的数学推导
和实验依据,有待完善。”您只是在几种自然力的类比中而得出的结论,而自然界是复杂的,在没有充分论证的前提下就得出结论,肯定也只能是以偏盖全。
下面我将对您理论的错误性逐一作出解释: 1、针对“机车牵引列车是常见的例子,列车的运行是受机车牵引力的结果。随着列车
速度的增大,其受机车牵引力也随之减少。当列车的速度接近机车空载时的最高速度时, 机车
就难以施力于列车,列车的加速度也就愈来愈小,假定列车不存在摩擦力,列车最终的速度等
于机车空载时的最高限速,在这种条件下,机车作为牵引力,作为运动的主体,它的速度已达
到极限,不可能再施力于列车了。列车与机车以相同的速度运行,而不存在牵引力。之所以实
际中高速运行的列车还需牵引力,是因为列车存在摩擦力的原因,由于摩擦力的存在,列车总
是达不到机车空载时的最高速度。在轨道上匀速运行的列车所受的牵引力与摩擦力等值反向,列车所受的合力为零,所以作匀速运行。”
驳斥:“在实际生活中,作为机车都具有一定的额定功率,而且摩擦力也不可逃避。
A、当机车以恒定的功率起动时,由P=FV,可知,开始时机车速度很小,对应的机车牵引力很
大,牵引力与摩擦力的合力在为机车加速。相始于速度变大后对应的合力,此时为机车加速的
合力为最大。随着加速过程,机车速度不断增大,对应地,摩擦力(主要指空气阻力)也随之
近似线性地增大,而机车牵引力却在功率一定的前提出下,始终与速度成反比。这样,F(合
)=F(牵)-F(摩),会因牵引力随速度的减小和摩察力随速度的增大而变小,但只要不为零
就要对机车加速。由此可见,当速度逐渐增大时,速度的变化率(这里指增大的快慢程度)会
变小,速度仍在增大但增大得会越来越慢。随着牵引力逐步减小和摩擦力逐步增大,必然存在
某一时刻,使F(牵)=F(摩),这时,机车达到平衡状态,以V(最大)=P(额定)/F(摩)
的速度匀速运动。 B、当机车以恒定的加速度(恒合外力)起动时,合外力恒定,即F(合)
=F(牵)-F(摩)恒定不变,开始时,机车便做匀加速运动,只使牵引力随摩力的变化而同步
地增大或减小,这种运动情况就能实现。但并不是机车会以恒定的加速度永远加速下去,牵引
力的变化范围是有限制的,因为F(最大牵引力即牵引力范围)=P(最大功率)/V(速度),
P最大为其额定值,当速度线性增大,此过程,对应于该速度机车能提供的最大牵引力会成反
比的减小,实际摩擦力则会近似成正比的增大,就要求实际提供的牵引力也近似地成正比的增
大,而实际需要提供的牵引力必须小于或恰好等于(临界状态)此速率下可能提供的最大牵引
力,才可能使机车继续以恒定加速度行驶。必然会存在某一时刻,临界时刻,要还想使F(合
)=F(牵)-F(摩)保持不变,对应该时刻摩擦力便有确定需要的牵引力作用,对应其速率V
=P(最大功率)/F(实际提供的牵引力=此速率最大牵引力),就能确定机车在临界状态的速
率,这时功率已经达到了最大功率(即额定功率)。接下来的运动,便可归结为以最大功率,
以V(临界时)和F(临界时牵引力>此时摩擦力)的运动,开始时,还具有原先机车以恒定加
速度起动时的加速度来给机车加速,随着速度被加大,牵引力变小,摩擦力增大,机车加速得
越来越慢。最终当合外力为零时,将以V(最大)=P(额定)/F(摩)的速度匀速运动。由此
可见,A、B两种机车启动方式,最终将以多大的速度匀速运动,取决于机车的额定功率与机车
受到的摩擦力,而与加速方式(中间细节)无关,机车空载时的最高限速完全决定于P(额)
与F(摩擦)。分析清楚这点以后,再来看关键问题,依您的观点来看,速度直接导至了力的
产生,我们要分析机车与列车这间是否有作用力,要看它们的相对速度,如果它们之间的相对
速度为零,那么它们之间没有力的作用,而依牛顿运动定律来看,力是改变物体运动状态的原
因,要分析物体的运动状态必须结合其受力情况,分析其受力情况同样离不开它的运动情况,
这种受力分析方法是从实际中总结出来,适用于实际情况存在摩擦力及其他力其同作用的物体
的运动分析。也就是说,它是普遍适用的。而您在理想状况下得来的受力分析法是否也适用于
实际情况呢?答案是否定的。完全以相对速度大小来量度受力大小是错误的,力才是最终决定
物体运动状态的第一要素。您描述的“受力分析方法”仅适用于您设想的情况下。运用您的方
法来分析客观实际物体的运动情况,是不合适的,是不能正确反应出运动的实质的。事实上,
之所以实际中高速运行的列车还需牵引力,是因为列车存在摩擦力的原因,由于摩擦力的存在
,要想使其和机车保持相对静止就需要一定的力来平衡摩擦力,最终与机车以一定的速度匀速
运动,这时便满足算式F(机车牵引力)=F(对机车的摩擦力)+F(对列车的摩擦力)。这时
的匀速运动速率V(共)=P(机车额定功率)/{F(对机车的摩擦力)+F(对列车的摩擦力)}
,很显然要比机车空载时的速率小,确实列车总是达不到机车空载时的最高速度,但此时机车
同样也达不到空载时的速度,这时,两列车具有相同的速度,彼此是相对静止的,但的的确确
二者有相互的作用力与反作用力。用您的观点来看,此时的机车必须有一个略大于列车的速度
,而事实上二者是相对静止的。进一步想想,如果按您的说法,作为运动主体的机车动力将无
法由其自身提供,因为列车也只是提供阻力罢了。不难看出,您的观点完全忽略了这样一种运
动情况,机车本身作为运动主体,它的动力是由内部发动机提供的,而不是还有车来拖动它,
使其获得一定速度。还有,火箭的发射原理,是由内部燃料燃烧,迅速向下喷出高温高压燃气
获得反冲力而运动的。实际情况下,根本没必要提出什么“力速度”,这个概念的提出不必要
,也不科学,客观情况下不存在什么“力速度”。至于您后边推出的力速度的极限值,也完全
是出于符合您的理论体系,您以光速极限为事实,只能得出力速度最大值为光速,力速度的极限值本身并没有价值,也没有意义。
2、针对“风是自然界力的一种形式。最典型利用风能的例子是帆船。风力作用风帆,使
船产生加速运动,我们可以假想把风帆做到最大,船的质量减为最小,并且不存在摩擦力的理
想情况,当船的速度趋近风速时,风力对帆船的作用力会愈来愈小,乃至作用为零。帆船的极限速度是风速,永远不可能超过风速。”
驳斥“同样,这里您描述的情况也只是动力源于与被加速物体有相对运动的另一物体
,而不是被加速物体本身这一特殊情况,但帆船如果内置发动机,那超过风速便不成问题。这
好比您前边论述的,被人加速的物体的极限速度取决于人的最大速度,那人的速度是怎样获得
的呢?人的最大速度取决于他自身的“体质”,而不是有什么物体来牵引他。由于反冲作用而
获得速度的作用力的形式不能被忽略。假想,如果一个人站在一个平板车上,他和平板车共同
以光速行驶,不考虑其他外力的作用,当人相对于运动方向的反方向抛出一个具有一定质量的
小球时,如果这时系统的质量不是无穷大时,必然会依据动理守恒定律得出,人和平板车的速
度要超出光速。正因为小球、人和平板车的质量为无穷大,它们之间的相互的反冲力才可以完
全被忽略,如果光速运动的物体的质量和静止时具有的质量相等,则人施加给小球一个很大的
作用力,小球会获得一个新的速度,同样,小球也同时给人施加一个大小相等方向相反的作用
力,使质量为有限值的小车和人获得一个超过光速的速度运动。这里,您不能否认人和球之间
的相互作用力,事实上,人确实已经施加力了,不能以“力的传导速度”来否认力的存在。
3、针对“在日常生活中我们最熟悉的非接触力是地球吸引每一物体的万有引力。它可以
通过空间不经接触而作用于物体上。万有引力是通过万有引力场来传递力的,又如电场力是通
过电场把力传递给电荷,两者都是经过场作用于质点,场自身的扰动的传递速度为光速c,这
个速度是恒量,与场的强弱和质点的存在与否无关,是场的固有性质。场扰动的传递速度实质
上就是场力的传导速度,这种力的传导速度就是非接触力的力速度。力的传导速度同力的运动
速度一样都是客观力的一种基本属性。万有引力作用于物体,使物体产生加速运动,物体的运
动是否象牛顿第二运动定律所断言的,物体产生匀加速运动,最终的速度为无穷。实际上这是
对势场力性质的一种错误认识。场力自身力传导速度为光速,它作为运动的主体,物体的运动
速度有趋于力传导速度的趋向。一旦物体的速度达到力的传导速度(力速度),场力已不能再施
力于物体了,物体作匀速运动。决不可能有力速度为c的作用力作用于物体,产生速度大于c的
物体运动。因果是不可颠倒的。由此可见,物体运动速度的极限受力速度的制约,而不是质量因素。”
驳斥“我们要讨论的最敏感的问题,也是最容易想到的反面论据,便是场力的作用方
式。事实上,您找不出直接证据或实验来证实您的理论,您是否能解释为什么带电粒子的速度
接近光速时不能再用回旋加速器加速。用这种经典的回旋加速器加速质子,最高能量仅能达到
达20MeV,要想进一步提高质子的能量就很困难了依据狭义相对论原理可以这样作解释:这是因
为在粒子的能量很高的时候,它的运动速度接近于光速,这时粒子的质量将随速率的增加面显
著地增大,粒子在磁场中回旋一周所需要的时间要发生变化。交变电场的频率不再跟粒子运动
的频率一致,这就破坏了加速器的工作条件,进一步提高粒子的速率就不可能了。您如何看待这一问题呢?
其次,在您阐述的“力与速度关系的力速度分析法”中,您推导出关于运动物体受力
的公式,实质上您认为物体受到另一物体的作用力与两物体间的相对运动速度成正比,您把物
体所能获得的极限速度完全归结于力速度,而不是从物体本身具有的属性来考虑,这在哲学上
也是说不通的。内因是具有基础性的,决定性的作用,外因有时可以起关键作用,但也得借助
内因才能起作用。您以下的计算中完全没有考虑任何物体都具有质量这一根本属性,只是从外
部的力和速度上来分析,是错误的。您得出的摩擦力随速度的增大反而减小,是不符合实际情况的。请再仔细分析您的证明过程:
( 模型磁悬浮机车,测定其空载最高速率为50米/秒,对静止物的牵引力为3N,当机车
牵引若干个车厢后所测得列车在49米/秒速率下不再加速,作匀速运行。问该速率下列车的摩擦力是多少。
分析:在不存在摩擦力的条件下,列车的速度等于机车的力速度,之所以实际中的列车
在达不到牵引力的力速度条件下不加速,作匀速运行,是由于列车存在摩擦力的缘故。在匀速
条件下列车受机车牵引力和自身的摩擦力等值反向,合力为零,只要求得列车在匀速运动时的牵引力就为列车的摩擦力。
解:将F=3N V=50米/秒 U=49米/秒代入式(1)有 49F′=3×(1- ----)=0.06N
50列车在49米/秒的速率下匀速运行所受的牵引力为0.06N,其摩擦力也为0.06N。) 您将做何解释?
最后,“所谓物体的极限速率是相对于力速度而言的。”不成立,内因才是第一性的。
关于“苹果落地现象的思考”正是狭义相对论不足之处,此问题的解决有待于进一步研究,而这却不能否认高速物体质量的变化。
综上所述,我认为“力速度”假设不能成立。 以上论述仅属我个人的观点,见于本人知识有限,有些论断可能有所偏差,用语也许
有些偏激,请多原谅。如果您仍坚持您的观点,并有充足的理由证明您的正确性,请给我邮件:
23030647@sina.com
2002年6月1日
------------------------------------回复:
您好:
无论您对逆子的速关系是持反对态度还是支持态度,这是无关紧要的。我关注的和感兴趣的是你是如何看评价的。你对力速关系直言我很高兴。说实在的,力速关系也仅是我的一个不太成熟的想法。我认为,爱氏的质速关系是未能正确理解质量之含义所导出的结果。公认是暂时的。最终将被后人所否定。
是的,不可否认,我对恒定的定义偏离了力学中的恒力,使人们会产生误解。普遍意义上的恒力是指在所研究的某一段空间位置变动和时间变化的“狭小”范围内力的大小和方向不变的力。我无法否认物体在低速度运动的情况下保持匀加速运动是受到恒力的作用。但逆子认为,你谈到的恒力是理想恒力的一个狭小范围,比如说,汽车刚起步时,可以乘客有推的感觉,这种推力是在汽车起步时它是恒定的。可是认为是恒力的作用。但是,这个恒力受到时间的限制,这是具有时间性的。因为,汽车不可能一直处于加速状态,所以,这个推力也就无法维持下去。所以说,这里是理想恒力与瞬时恒力之分。我们可以认为理想的恒力是不受时间与速率限侧制的,而瞬时恒力仅是物体运动状态改变时的瞬时受力恒定。
不妨后一下人们理解的恒力,有这样一段描述:经典力学中,质量是一个恒量,它在恒定力的作用下的加速度也应是一个恒量。由此可见,尽管这个加速度可能很小,但只要加速度时间足够长,物体的速度是可以达到很大的数值的,超光真空中的光速运动是完全不成问题的。很显然,牛顿第二定律与相对论中的物体运动速度的光速极限发生了根本性的矛盾。
以上可以看出,人们认为自然界有理想的恒力,也就是可以无限时间作用于物体的恒定力,并且作用力的大小与物体的运动速度无关的理想恒定力。什么样的力才能满足理想恒力的条件呢?
我们以马拉车说起,马车之所以会动是由马拉它的结果。马跑的有多快,其车才可能有多快。一个马的奔跑速度有多快,它拉的车也只能与之相对应,车比马快的现象出现。帆船与风的关系也是这样,帆船的运动是由风作用的结果,帆船的速度等于风速度时,帆船也就不会受到风力的作用了,只能作匀速运动。有个网友也谈到过,力速度不太好理解,易被人误解,是否可以称为力源速度。我认为这位网友的看法也有一定的道理。比如说,机车、风、水力就算作力源。我们只有知道力源的速度是多少,就可以断定它作用于物体运动速度的上限,速度上限总是小于力源的速度。如果说,风力不及了,再用机动帆船,这又是另一码事了,这里发动机又是一个力源了。
目前的理论认为,电场力,磁场力与万有引力是理想的恒力,理想的恒力也不一定无穷时间作用于物体,而是,它是作用力不随速度变化就可以称为理想恒力了。假如是这样的话,一个电子在电场力的作用下运动速度等于光速,相对论认为,它在这种情况下所受到的电场力与静止时相同,作用力不产生变化,只是由于质量的增大难以加速。我们把马拉车的例子搬过来分析一下,地面上静止的车,我们可以用马来拉,如这辆车已达到很快了,比马都快的话,马已无能为力了,我们可以想象着用汽车来拉这辆马车,这个马车在汽车的牵引下还是能被加速的。当这辆马车的速度达到汽车的极限速度时,汽车也没能为力了,我们可以选取更快一点的动力源来拉它。选着先着,我们已把这辆车的速度提升到光速了。这时我们应选什么样的力源来拉这辆车才能使它加速呢?可以肯定的是,这个力源的速度必须是大于光速的,否则,它就不能施力于车。显然,物体的运动速度与力源的速度相对应,有一定值的力源速度,就能产生与之相对应的物体运动速度。如果电子在电场中等于光速时还能受到场力的作用,那么,电场力的传播速度必需是大于光速才有这个可能。可是,电场力的传播速度经测定其速率为光速C,在这种力的作用下物体的速度上限也只能是光速,不可能大于光速。
回过头来再看看电子荷质比的测定,爱氏认为,电子荷质比随运动速度减小了,是由于质量增大的缘故,电子荷质比测定涉及到两个量---电子的电荷与电子质量的比质,这个比值的增大有两种可能。第一,可以能是质量的增大,第二,可能是电荷量的减小。也就是说,有两个因素会影响到电子荷质比,只有其中一个在随速率改变,就会造成荷质比的变化。是质量的变化还是电荷量的改变,我们只有否定其中一种可能性的前提下,另一种可能量才可以确立。而爱氏一眼就能识破是质量的变化而不是电荷的变化,他有充足的理由吗?
您谈到:“能解释为什么带电粒子的速度接近光速时不能再用回旋加速器加速。用这种经典的回旋加速器加速质子,最高能量仅能达到达20MeV,要想进一步提高质子的能量就很困难了依据狭义相对论原理可以这样作解释:这是因为在粒子的能量很高的时候,它的运动速度接近于光速,这时粒子的质量将随速率的增加面显著地增大,粒子在磁场中回旋一周所需要的时间要发生变化。交变电场的频率不再跟粒子运动的频率一致,这就破坏了加速器的工作条件,进一步提高粒子的速率就不可能了。您如何看待这一问题呢”?
是的,这是与电子荷质比测定结果相类同的例子,现有的理论解释为,电子在低速是质量没有多大的变化,所以电子在D形电极内的旋转周期是恒定的,这样加速器就可以用恒定的交变电压来加速电子。当电子速度增大时,电子的质量也同时增大了,这样这的旋转半径与周期同时增大,不能与加速交变电场的变化周期同步,所以,无法再有加速下去了。再加速必须用同步回旋加速器了。以力速关系来看,这个事例中,同样存在着力与质量变化之关系,磁场约束力随速度的改变,还是质量的改变,还是存在两种可能性的。
直线加速器中,电子的速度也只有接近于光速,为什么?相对论认为是质量增大的缘故,质量增大了多小呢?现有的加速器可以把电子的速度加速至0.98C,按质速关系推导下来,其质量也仅是增大了五倍多点,也可以理解了一个电子质量变成了五个电子的质量,既是这样,电子还是可以加速的,因为,质量的增大,我们完全可以用增大场强来祢补。几十兆的场强可以加速一个带电垒球,五倍的电子质量与垒球的质量相比它算什么呢?一个大于电子质量不知多小倍的垒球可以加速,电子为何有不加速的道理呢?有的人讲了,加速粒子的辐射与粒子能量的四次方增大,速度愈高其辐射愈大,这是制约电子加速是主要原因。这种解释实质上已偏离了质速关系。
逆子的水平有限,不可能写出一个比较系统的理论出来,望您能在恒力的问题上作一下文章,也许会有一个结果的。
逆子6-4 ※※※※※※ 逆子 |