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从统一场论导出动能公式
[楼主] 作者:张祥前  发表时间:2012/03/25 21:26
点击:1053次

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经典力学认为,一个质量为m的质点O点相对于我们观测者以速度v运动时候,在我们观测者看来,具有动能

Ek = 1/2 mv²                                                                  (1)

经典力学的动能公式来自于对质点做功的认识,一个质量为m的质点O点,在力F的作用下,移动了dr一段距离,速度由零变成v, 力F对O点做的功等于质点O速度达到v时候的动能Ek

  • Ek = ∫v,0, Fdr = ∫v,0 drdP/dt =∫v,0 dr/dtd(mv) =∫v,0 vmdv = 1/2mv² (2)

上式中P = mv是经典动量公式,v = dr/dt,质量m在经典力学中被认为是不变量。

下面从统一场论的动量公式和动力学公式分别导出动能公式,这样做,一个可以检验统一场论这个新理论和经典力学的自洽性,另一个可以和相对论的动能公式做个比较。

首先我们从统一场论的动量公式导出动能公式。

统一场论(搜张祥前新浪博客可以搜到)认为。任何一个质量为m。相对于我们观测者静止的质点O点,都不是真正的静止,而是以光速C在穿越空间运动,也可以认为这个相对于我们静止的粒子O点周围的空间时时刻刻以光速在向外辐射运动。

任意一个相对于我们静止的质量为m。的粒子O点,统一场论认为有一个静止动量m。C当O点相对于我们观测者以匀速度v直线运动时候,相对论和统一场论认为都认为O点周围空间的光速运动在v的方向上不变,但是,在v的垂直方向上,光速C变成了√(C²- v²),写成矢量形式是C- v , C- vv相互垂直。

统一场论认为粒子O点在静系(相对于观测者静止的参考系)中总的动量P静 = m。C,在动系(相对于观测者以匀速度v直线运动的参考系)中O点总的动量

P动 = m(C- v)                                                        (3)

相等。

(m为动系中O点的质量,由于m(C- v)= mC - mv,可以看出,牛顿的动量P=mv只是统一场论的普遍动量公式其中的一个分量)

将m。C = m(C- v)写成标量为

m。C = m√(C²- v²)                                                         (4)

将上式右边的C从根号里提出来,

m。C = mC√(1- v²/C²)

化简为

m。= m√(1- v²/C²)                                                          (5)

由上面的(5)式,可以求出

mC² - m。C² = m。C² 1/√(1 - v²/ C²)- m。C² ≈m。C²(1+ v²/2C² + ----)- m。C² = 1/2 m。v²       (6)

把上式和经典动能公式相比较可以看出,动能仅仅是质点的质量变化的一种表现。

下面我们再来从统一场论动力学方程中导出动能公式。

首先我们列出统一场论动力学方程,将统一场论动量公式P动 = m(C- v)对时间t求导,就是统一场论的动力学方程

F = dP/dt = (C - v)dm/dt - mdv/dt = Cdm/dt - vdm/dt - mdv/dt

按照经典力学对动能的看法,经典动能是指力F对一质点O点做的功使质点O移动了dr远的距离,速度由零变成v时候的动能Ek

Ek = ∫v,0, Fdr =∫v,0, drdP/dt =∫v,0, vdP =∫v,0, v(C - v)dm - vmdv

由于v和(C - v)相互垂直,所以v(C - v)dm = 0,这样

Ek =∫v,0, v(C - v)dm - vmdv =∫v,0, - vmdv

如果按照经典力学中的看法,质量m是不变量,就有

Ek =∫v,0, - vmdv = -1/2 mv²

相对论导出动能公式,要用到经典力学中功的概念、相对论动力学方程、质速关系,而统一场论不需要质速关系,只用到功的概念、统一场论动力学方程就可以了,并且,统一场论的导出过程比起相对论简单明了。虽然统一场论所用的动力学方程和相对论不一样,但所得到的结果却差不多。

统一场论唯一不同的是所得到的动能公式带有负号,这个可能的原因是自然生成的运动都是质点受到力场的作用,质点克服了力场做了功。当然,我们也可以忽略这个负号。

 

 

 

 

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