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建其定律2的补充完善与数学证明
[楼主] 作者:jqsphy  发表时间:2003/06/08 22:09
点击:416次

建其定律2的补充完善与数学证明

建其定律1是董先生的误解,删去。

建其定律2的补充完善与数学证明:

设两个电荷A与B,在地面观察者看来,速度分别为V,U,这里V与U是矢量。它们的电荷分别为Q,q,这里Q,q大小可以不一样,也可同号或者异号。

按照《物理学词典,电磁学分册》,1983年,科学出版社,PP146-147,

在地面观察者看来,电荷A由于运动在B电荷附近所产生的磁场为
B=(k/C^2)Q(V×R)/r^3   ,
其中R为空间矢量,方向为从A到B(如果是双电荷系统,R即沿着棍子方向),r为矢量R的绝对值大小(即模,module).
是标量,即A与B之间的空间距离。k为库仑力系数。
注意:上面(V×R)表示两个矢量的叉乘(不是普通点乘)。董先生,矢量叉乘与点乘是两回事,不要再次误解。矢量叉乘仍旧是个矢量,
每个分量各含两项之和,即(V×R)=(V2R3-V3R2, V3R1-V1R3,V1R2-V2R1)。

那么电荷B(速度矢量为U)受到电荷A的磁场的Lorentz力为

F1=qU×B=(k/C^2)QqU×(V×R)/r^3

下面要计算U×(V×R)

根据数学手册(中国矿业学院数学教研室,1990,科学出版社,第二版),
U×(V×R)=V(U*R)-R(U*V),
其中星号*表示两个矢量的点乘,为标量,即(U*R)与(U*V)为标量。从上面公式看出,U×(V×R)的方向由V与R决定,也就是说:
电荷B受到的由A的磁场施加的Lorentz力方向由电荷A的速度V方向与AB之间连线方向(即棍棒方向,也即R方向)两者共同决定。

这样电荷B受到的由A的磁场施加的Lorentz力为
F1=(k/C^2)Qq(1/r^3){V(U*R)-R(U*V)}

以上可以看出,F1可以分为两部分:一部分与V的方向有关(即(k/C^2)Qq(1/r^3)V(U*R)),另一部分沿着棍子方向(即-(k/C^2)Qq(1/r^3)R(U*V))。

如果棍子方向R与速度U垂直,那么它们的点乘为0,即U*R=0,也就是说上面的与V的方向有关的Lorentz力为0,
那么剩下与棍子方向一致的Lorentz力-(k/C^2)Qq(1/r^3)R(U*V),它自然不提供力矩。(这就是建其定律2的主要内容)
但是我要对建其定律2进行完善。虽然我说双电荷内部磁力力矩不存在,但是不等于说,内部磁力的方向一定沿着棍子方向(这是董银立帮我概括的,
当时我含混地默认了,同意了董先生帮我的概括(实际上这个概括,只有对棍子方向与速度垂直时才成立)。我现在需要说明一下,完善一下,即对棍子方向不与速度垂直地情况也考虑一下)

如果棍子方向R与速度U,V不垂直,那么B受的Lorentz力中与速度方向V一致的分量即(k/C^2)Qq(1/r^3)V(U*R)不为0了,显然此时董银立先生会说,这不是要产生力矩吗?对。这的确要产生力矩。但是,我要说,慢。我还要考虑电荷A所受到的由电荷B产生的Lorentz力,
因为电荷A与B地位对称,我不再重复计算,由对称性,知A受到的Lorentz力也有这么一个类似分量,它为(k/C^2)qQ(1/r^3)U(V*R),也不为0
(只要把(k/C^2)Qq(1/r^3)V(U*R)中的Q换为q,q换为Q,U换为V,V换为U即可得到)

如果U与V方向相同(对于双电荷系统,甚至它们的大小相同),那么(k/C^2)Qq(1/r^3)V(U*R)与(k/C^2)qQ(1/r^3)U(V*R)是否相等呢?
当然相等(因为U,V方向相同,U,V位置可以交换)。
这两个力产生的力矩互相抵消掉。

以上证明了内部磁力的力矩总贡献为0,数学证明严格,可以作为建其定律2的完善与数学证明。

“内部磁力的力矩总贡献倒低存在不存在”有一个宏观例子,也就是两根平行的无穷长通电导线,电流方向相同,那么两根导线之间有吸引作用,吸引力垂直于导线,不存在转动力矩。即使导线有限长,也是如此(因为两根导线一模一样,地位对称,董先生一定要让它们转动的话,那么是沿顺时针还是逆时针呢?这就是一个逻辑佯谬了。两根导线一模一样,地位对称,具有空间转动不变性,无法区别顺时针于逆时针)

双电荷系统两个电荷地位一模一样,也具有空间转动不变性,本身不能区分顺时针与逆时针,也即顺时针逆时针地位等同,如果系统自动会转动,那么它朝哪边转?没有逻辑啊。它自己都不知道往哪边转!!

 

 


 

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 [2楼]  作者:董银立  发表时间: 2003/06/09 06:51 

都抵消为零了,为什么超级猪头还要砍您?
猪头的收缩说几个月前就被砍死了。

※※※※※※
巨人站在地球上会说:伽利略相对性原理不成立,地球上光速各向同性不成立。
[楼主]  [3楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/06/09 15:01 

回复:不要听超级猪头的,他虽然聪明,但是它的意见只不过属于一个旁听者看似高明其实无关痛痒的建议性论断而已。类似“高明”在

不要听超级猪头的,他虽然聪明,但是它的意见只不过属于一个旁听者看似高明其实无关痛痒的建议性论断而已。类似“高明”在吵架中经常碰到。

他的“纵向质量,横向质量”不同导致“角加速度与力矩方向不一致”是极端相对论的情形下才会发生。目前它还不会在我们考虑的问题中体现出来。我们考虑的是低速近似,所以我向您给出的数学证明中经常对李纳-维谢尔势做低速近似。超级猪头的意见我们目前不需要。

在极端相对论情形下,虽然角加速度与力矩不平行,但是角加速度毕竟还是有沿着力矩方向的分量的。在低速情形下(10^7m/s以下),两者以90%以上的分量重合。在接近光速情形下,怎么一回事,是不是两者(加速度与力)变成垂直了,我不知道(当然不可能垂直)。无论如何,两者重合的分量还是存在的。
总之,超级追头并不很高明。

 [4楼]  作者:董银立  发表时间: 2003/06/09 20:17 

完全同意,千万不要和猪头共舞。但两个电荷受到的磁力方向相反,因为磁场方向相反!
快过去24小时了,您还没有睡醒?

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巨人站在地球上会说:伽利略相对性原理不成立,地球上光速各向同性不成立。
 [5楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2003/06/09 22:28 

对你们的讨论表示无法理解

  你们把最起码的惯性系等效的论断都忘了。

  的确,磁场是相对的。运动电荷对地面上的观察者来说产生了磁场。但相对电荷静止的“双电荷”中的另一个电荷来说,磁场仍然为零。所以,磁力F=QVB还是零。

  你们想把物理学引向哪个方向?



※※※※※※
hgy
 [6楼]  作者:董银立  发表时间: 2003/06/09 22:36 

通过您的坐标变换(主观意志)可以产生磁力(魔力)


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巨人站在地球上会说:伽利略相对性原理不成立,地球上光速各向同性不成立。
[楼主]  [7楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/06/10 20:38 

综合各方面意见:
 

综合各方面意见:

 

第一,   董先生和超级猪头的确没有错:运动带电粒子之间的磁力相反。

我前天晚上10点钟贴出:运动电荷之间的磁力可以分为两部分:一部分与V的方向平行

(即(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)),另一部分沿着棍子方向(即-(k/C^2)Qq1/r^3R(U*V))。

当时我说(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)这部分是属于同向的,故而力矩抵消。在当晚回去时,我就对自己的帖子表示了怀疑,因为磁力毕竟是内力,如果说(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)这部分同向,那么岂不是违反了牛顿第三定律(作用力与反作用力方向相反)。所以,我前天

已经明白我说的“力矩相消“是不对的,我一直在找原因。但是我的数学推导没有错,昨天我找到了我错误的原因:原来上面的R在计算不同电荷的磁力时,应该反一下符号,我当时被复杂的运算分散了注意力,忘记了这个反号。因为R是两个电荷的相对位移(计算AB的磁力时,R的方向是从BA;计算BA的磁力时,R的方向是从AB. 所以董先生与超级猪头说的对:磁力相反。

 

第二,   对于与V的方向平行的磁力(即(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)),因为要考虑到“相消或者相加”(董先生说得对:应该是力矩相加),我总感到很麻烦,所以喜欢考虑运动速度与棍子垂直的情形,此时只剩下沿着棍子方向(即-(k/C^2)Qq1/r^3R(U*V))的磁力。

董先生说,即使棍子与运动速度垂直,磁力也是垂直于棍子。这是不对的。

实际上,即使速度与棍子是否垂直,磁力一般都不垂直于棍子,而是两部分的叠加:一部分与V的方向平行(即(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)),另一部分沿着棍子方向(即-(k/C^2)Qq1/r^3R(U*V))。

 

第三,   董先生说得对:(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)这部分的力矩应该相加。

这意味着存在力矩。那么这的确导致了相对论的矛盾(在不同的参考系看来,有的参考系存在力矩,有的参考系不存在力矩,也即:有的参考系存在双电荷系统转动现象,有的参考系

不存在双电荷系统转动现象)。此时,超级猪头提出了一说:即使存在力矩,也不一定转动。

对于这种观点我不大苟同。但是,超级猪头毕竟也算名牌大学科班出身(是科大吧?)我不得不重视他的观点。不过,我认为他的观点还是不对的,至少在我们目前这个问题上是不必要的。

 

那么问题是:既然的确存在与(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)这部分有关的力矩,那么双电荷系统倒低是否转动呢?我们不希望它转动,否则相对论违反,角动量守恒定律违反,因果性也破坏。问题出在哪儿呢?原来,我们忘记考虑电磁场的Poyting 矢量与电磁场本身的角动量的变化了。电磁场的Poyting 矢量为E×B,这里E为库伦场E‘kQ(1-V^2/C^2)/r^2B为由E’感应出来,就是B’=V×E’/K。磁力毕竟是内力。除了两个电荷,其实还有属于传递承担内力的载体,那就是电磁场,它有角动量密度,定义为r×(E×B),再进行空间积分,就是场的总角动量。随着电荷运动,角动量r×(E×B)会产生一个类似矫顽力的效应,这就是力矩。这个力矩也会作用于双电荷系统,它会与与(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)这部分有关的力矩抵消。

虽然我没有证明,但是可以从大致形式上看出来,电磁场矫顽力力矩与矢量方向V×R平行。而k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)与力臂方向R叉乘得到的力矩,也含V×R。所以,相信:由双电荷内部磁力(k/C^2)Qq1/r^3V(U*R)有关的力矩与电磁场矫顽力力矩抵消。

磁场B’= V×E’/K毕竟是由于运动而感应出来,从而具有Poyiting矢量(E×B)的电磁场,也属于双电荷系统的一部分,它所产生的力矩也属于内力作用,也会作用于双电荷。这样两者抵消。

其实物质与场的区别在相对论中进一步取消了,在考虑力学量变化时,既要兼顾电荷的力学量,又要兼顾电磁场的力学量。这种兼顾体现在Lorentz变换中。可是单独考虑时,我们往往顾及不到全部。只有用彻头彻尾的Lorentz变换,我们才不会顾此失彼。

 

沈建其,2003610

 

 

 

[楼主]  [8楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/06/10 21:57 

回复:这我们当然知道。您还没有体会到我们的主题。
建其定律2的补充完善与数学证明
 [9楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2003/06/11 12:39 

你们争论的主题是:双电荷旋转力矩是否为零。答案是:

双电荷一般有两方面的争议:

(1)在各惯性系看,电荷之间的库仑力是否相同。我的回复是:四维力矢量合成的结果为(略去单位向量)

 F‘=(1-u^2/C^2)kq1q2/d'^2=(1-u^2/C^2)kq1q2/(1-u^2/C^2)d^2=kq1q2/d^2=F

   双电荷之间的库仑力在各惯性系看都是相等的。所以,由库仑力引发的悖论并不存在。

(2)由于电荷与电磁场之间的相互作用,双电荷系统是否存在旋转力矩。我的回复是:双电荷与感应电磁场的E和B(或H)的作用力是对称的,而感应电磁场方向又是变化的,在任何瞬间看系统存在力矩。但从时间段上看力矩之和为零。从微观上看,双电荷系统中的电荷的位置是振荡的(“静止”参考系上看也是振荡的)。

实际上,经深入分析发现双电荷在任何参考系上都是等价的。

你们花这么多时间不是争论第(2)个问题吗?



※※※※※※
hgy
[楼主]  [10楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/06/11 18:27 

 

非也。基于相对论与量子力学基础之上的标准模型(QCD,QED,QFD)能解释目前全部实验成果。

10年前的一次高能物理学家大会,理论物理学家为标准模型老是与实验符合而感到很沮丧。如果哪天实验找到与理论不一致的现象,物理学家会欣喜若狂。可是这样的例子从来没有出现过。

电子反常磁距理论与实验在有效数字11位上符合(惊人成就!!相当于北京到上海的距离精确到1微米(1毫米的千分之一)。前不久,听说谬子的反常磁距似乎理论与实验在高级近似上不太符合。理论与实验不符合,反倒是好消息啊!!因为这下我们就可以有工作做了。

 

 

至于科班出身,我认为的确很重要。不是说科班出身不会犯错误,照样会犯错误(我就是经常要漏一个负号的),但是我的错误不是原则性的,马上可以当即修正过来的,或者自己时候发现自己的错误,或者别人一经提醒就明白过来,但是您的错误就不是这个性质了,您对Lorentz变换与Galileo变换在电动力学中的联系区别还不很清楚,这个问题并非您在短时间内就能明白过来的。

 

至于您说“您为什么不去找书的作者探讨这些矛盾??

我想您又误会了。我没有说这些书错。这些书上全部都是对的,我找不到什么矛盾。您既然认为有矛盾(库仑场与速度有关或者不有关),那么您可以着他们去争的。我相信库仑场与速度有关,所以我不必要去与他们争。我只对我自己的错误负责(如我漏掉负号)。

 [11楼]  作者:霍金爸  发表时间: 2003/06/11 22:20 

白痴,震荡可以和静止等效吗?
建其定律2的补充完善与数学证明
 [12楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2003/06/12 09:05 

还是回去管你家里那个疯子吧,别在这里捣乱了!


※※※※※※
hgy

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