我在相关的帖子《质增原理是怎么和等效原理冲突的?》中,已经对静止在地面的物体和在太空无重力场恒加速的实验做了相当详细的描述,通过质增证伪了座舱向上加速时的弱等效原理。
现在证伪在太空无重力场自由无加速状态,静止或匀速运动和自由落体的失重时的动力学效应等效。
在太空的自由座舱内,取一段自由状态下(无拉力)的弹簧长为L0,弹簧的劲度系数是k。 在弹簧两端安装两个质量各为m=m1=m2的铅球。铅球看作质点,不考虑线度。
在太空无加速时,弹簧长为原长L0 。
当座舱由太空进入天体的引力范围,比如地球的引力场时,座舱开始进行自由落体运动。假设地球无大气,则座舱在真空中下落。开始下落时,由宇航员将弹簧的m1一端指向地面,m2在天空一侧。
两个初始距离为L0的受重力不同的物体,位置一前一后同时下落,它们之间的距离s=L0+s1-s2。这两个受力不同的物体在任一瞬间必有前一个加速度大,后一个加速度小。也就恒有s1>s2,因此恒有L0+s1-s2>L0。从一个滴水的水龙头我们会看到,稳定速度滴水的水龙头,如果水滴间隔比较小,我们会看到各水滴的间距会逐渐加大。下落距离越大,间距越大。这里铅球代替了两个相邻的水滴。但是由于有弹簧的固结,它们之间的间距加大受到了一定程度上的限制,因此弹簧受力,具有ΔL的形变。
分析受力:
m1受到一个向下的重力和一个向上的弹簧拉力。
F1=GMm/r^2-kΔL
a1=GM/r^2-kΔL/m
m2受到一个向下的重力和一个向下的弹簧拉力。
F2=GMm/(r+L0+ΔL)^2+kΔL
a2=GM/(r+L0+ΔL)^2+kΔL/m
弹簧伸长量
ΔL=s1-s2
=a1tt/2-a2tt/2
=(a1-a2)tt/2
r=r0-a1tt/2,r0为初始下落时m1所在半径。
a1=GM/(r0-a1tt/2)^2 -kΔL/m
a2=GM/(r0-a1tt/2+L0+ΔL)^2+kΔL/m
ΔL=(a1-a2)tt/2
=(GM/(r0-a1tt/2)^2 -kΔL/m-GM/(r0-a1tt/2+L0+ΔL)^2-kΔL/m)tt/2
ΔL=(GM/(r0-a1tt/2)^2 -2kΔL/m-GM/(r0-a1tt/2+L0+ΔL)^2)tt/2
这个问题是我提出来的一个变重力问题,看起来非常复杂的样子。朱老师要是不小心来到这里,可以帮忙看看怎么解更方便。大家谁数学好也可以一起做。我只把受力提出来了,还没更好的办法把它解出来。这个题似乎不属于小儿科的题目了,应该有很大吸引力。
弹簧会被拉长肯定是确定无疑的。拉长的长度ΔL也会随下落的时间变大而变化。
因此自由落体时,ΔL对时间的微商dΔL/dt≠0,而在太空无重力场合静止或无加速度时dΔL/dt=0。这就是动力学效应不等效。虽然目前方程尚未得到准确解的表达式,但一定存在非零解。因此不影响结论。