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落体加速度g是相对加速度(给相对性原理添点麻烦)
[楼主] 作者:烦爱因斯坦  发表时间:2003/10/06 10:04
点击:482次

落体加速度g是相对加速度
——给相对性原理添点麻烦

地面上,自由落体的加速度g=9.8米/秒秒是在地面上做实验测定的(暗含地面静止这个假设),所以这个数值是相对地面的。

可是,这个物体的绝对加速度是多少呢?(先假设有绝对静止参照系存在)

已知地球对这个物体的引力F=(K*m*M)/(r*r),其中,K为引力常数,M为地球的质量,m为物体的质量,r为地球的半径。因为这个物体在受到地球的引力时,它并不知道有地球存在,它只知道有力F存在,这就好象有一根弹簧以力F牵引它运动,那么,这个物体相对于几何空间点(绝对静止参照物)的加速度就是F/m=(K*m*M)/(m*r*r)=(K*M)/(r*r);同理,因为在地球吸引该物体时,该物体也吸引地球,所以地球也有个加速度,那么地球相对于几何空间点的加速度为F/M,因此,g=9.8应该是上面两个加速度的和,所以那个物体的绝对加速度应该小于9.8。

下面我们来看一个假设,在这个假设里,矛盾就出现了。

假设宇宙中什么都没有了,只有A、B两个球体,它们的质量都为M,相距为L,那么这时B对A的引力FB=(K*M*M)/(L*L),因为这时A不知道有B存在,就好象有一根弹簧在拉它一样,所以这时A的绝对加速度aA=(K*M)/(L*L);同理,也可以计算出aB=(K*M)/(L*L),那么A、B两球体的相对加速度就为(2K*M)/(L*L)。

这时,假设B球上有一个人,以B球为参照物,那么他测得的A球的加速度就为(2K*M)/(L*L),他知道B球的质量为M,两球相距为L,他想计算A球的质量,他设A球的质量为MA,那么他就得到了下面的算式:

[MA*(2K*M)]/(L*L)=(K*MA*M)/(L*L)

可是,根据这个算式,却得到了2=1的悖论,这和相对性原理相矛盾,因为根据相对性原理,计算的结果,A的质量应该是M 。

所以,用相对性原理并不能解决所有的物理问题,平时,我们根据测定的相对加速度求物体的质量,结果都是错误的,必须引入绝对参照系才行!

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 [2楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/10/06 15:02 

不用这么罗嗦。g'[(Mm)/(M+m)]=9.8米/秒秒,其中中M为地球质量,m为测试物体的质量。g'为您需要的真正的重力加速度。
不用这么罗嗦。g'[(Mm)/(M+m)]=9.8米/秒秒,其中中M为地球质量,m为测试物体的质量。g'为您需要的真正的重力加速度。
 [3楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/06 20:01 

回复:对症下药

如果你知道力学的相对性原理,我想你就不会犯这样的错误了。

我们通常所说的牛顿三大定律,只有在惯性系中才成立。在非惯性系中,牛顿第一第二定律将失效。也就是说,在非惯性系中的人认为,没有相互作用也可以产生力。

你所假设的A,B,两球的相互作用中,B球不是一个惯性系统。所以牛顿第二定律已失效。而你在这里运用,不出现矛盾,那才叫真正的错了呢。

[楼主]  [4楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/07 08:36 

回复:请你说说A、B两球有没有加速度,怎样计算?
就算你说的都对,那么请你说说A、B两球有没有加速度,怎样计算?请教了!
[楼主]  [5楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/07 08:45 

回复:没有这么简单吧!
我没有推算,不知道你那个公式是怎么来的,但从你那个公式中,如果假设m=1,我们可以计算出g‘大于9.8,这不对吧!
 [6楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/10/07 11:07 

这类相似的问题经典力学早就讨论过了,相对论已经超越这个范畴了。你的这个观点有点混淆的说。
落体加速度g是相对加速度(给相对性原理添点麻烦)
 [7楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/10/07 13:39 

这个公式任何一本大学一年级物理书上都有,其中(Mm)/(M+m)为约化质量(reduced mass)。当M远大于m时

由于粗心,少了一个“m”,我要稍微订正一下:把原来的g'(Mm/[M+m])=9.8改为g'(Mm/[M+m])=9.8m。

这个公式任何一本大学一年级物理书上都有,其中(Mm)/(M+m)为约化质量(reduced mass)。当M远大于m时,g'(Mm/[M+m])=9.8m就退化为g'=9.8

 [8楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/07 18:07 

回复:宙斯的解

只要一物体所受合外力不为零,那么它的合加速度也不为零。只是我们所共知的。

你所假设的A,B球都有质量,根万有引力定律,可知,A,B两球之间有万有引力的存在。在你所说的那种条件下,A,B两球所受的合外力一定不为零,所以A,B两球当然有加速度。计算具体如下,

设A=M1,B=M2.根据万有引力定律可知,

Fab=G*M1*M2/L^2.

A球的加速度为G*M1*M2/(L^2*M1)=G*M2/L^2.

B球的加速度为G*M1/L^2.

式中G为常数,L为已知。至于M1,M2怎么测就不用我说的吧。

注:在非惯性系中万有引力定律依然成立。因为万有引力只与两物体的质量和距离有关,而与其运动状态无关。

说明一点:在你所设的系统中,A,B两球,应该以一定的速度相互绕其中点旋转,才会处于稳定状态,否则A,B两球上的人可有一场大的灾难了。

[楼主]  [9楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/08 12:57 

回复:你错了!

你所计算出来的两个球的加速度和我原来说的一样,这个我们没有分歧。但我要问你,你计算出来的A球的加速度是相对于什么的,是相对于绝对参照系(几何空间)还是相对于B球的?这个正是本文要说的关键啊!

另外,你说两球之间的合外力不为0,不对吧!

你还说,两球互相靠近后,要围绕它们原来的中心点旋转,也不对吧!如果两球原来是静止的,那么当它们互相吸引靠近后,肯定会撞在一起;如果它们本来都有一个速度,而且它们的运动方向不在一条直线上,这时才有可能出现互相围绕旋转的情况。

 

[楼主]  [10楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/08 13:09 

回复:这样就更不对了
g‘[Mm/(M+m)]=gm ,可以得出 g’=g(1+m/M),这样g’就绝对大于g了,这不是更不合理吗?
 [11楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/08 18:53 

回复:如果错的为对,那么我错了

你所计算出来的两个球的加速度和我原来说的一样,这个我们没有分歧。但我要问你,你计算出来的A球的加速度是相对于什么的,是相对于绝对参照系(几何空间)还是相对于B球的?这个正是本文要说的关键啊!(这个还要我教给你吗?当然是相对与一个加速度为零的惯性参照系了,离开参照系研究运动,那将是不可能的。至于相对于一个加速度不为零的非惯性参照系,我们可以用矢量合成的法则去求得呀。这个我还以为你会呢。是的我错了。


另外,你说两球之间的合外力不为0,不对吧!(我说的是一物体,而不是两球之间。另外,你说的两球之间有合外力,这个我不懂。难道力也可以作用于一个不存在任何东西的说不清的东西上?这个我更错了。


你还说,两球互相靠近后,要围绕它们原来的中心点旋转,也不对吧!如果两球原来是静止的,那么当它们互相吸引靠近后,肯定会撞在一起;如果它们本来都有一个速度,而且它们的运动方向不在一条直线上,这时才有可能出现互相围绕旋转的情况。(原来这位朋友也知道,两球的结果会相撞,看来可救药。可是你又理解错了,我说的是两球构成一个系统处于稳定状态的条件,而不说这个稳定状态形成的条件。相对于你理解错了,看来还是我的错。


 

[楼主]  [12楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/09 11:22 

回复:其实,落体的绝对加速度很简单

我在本文的开头就说了,落体的绝对加速度g’等于地球对它的引力F除以落体的质量m,即g’=F/m  。但这又要分两种情况讨论。

1 当落体是地球上的物质时

例如,我做实验用的小石头是从地球上取得的,那么,当我把这块小石头举到头顶让它下落时,设小石头的质量为m,地球原来的质量为M,这时地球的质量就是(M-m),那么地球对小石头的引力

F=G*(M-m)*m/(r*r),(G为引力常数,r为地球半径)

那么小石头的绝对加速度g’=F/m=G*(M-m)/(r*r);

地球由于小石头吸引而产生的绝对加速度g”=F/(M-m)=G*m/(r*r)。

那么小石头和地球之间的相对加速度g=g’+g"=G*M/(r*r)=9.8

这和书中的公式一致。g和m的大小没有关系。

2 当落体来自外星球时

假设小石头是从木星上取来的,其质量仍为m,那么此时地球的质量就是M,所以地球对小石头的引力F=G*M*m/(r*r)

那么这时小石头的绝对加速度g’=F/m=G*M/(r*r)

地球因小石头吸引而产生的绝对加速度g”=F/M=G*m/(r*r)

那么小石头相对于地球的加速度g=g’+g”=G*(M+m)/(r*r)

可见,这时的g大于上面的g=9.8,而且这时的g与落体的质量有关系,质量越大,则下落越快。

如果不理解,我们可做个假设。假设我们从地球内部掏出一块质量为M/2的大石头,举到头顶,让它下落,那么这时两者之间的相对加速度为9.8;可是,如果我们从木星上拿来一块质量为M/2的大石头,举到头顶,让它下落,那么这块大石头和地球之间的相对加速度肯定要大于9.8 。

有人可能要问,如果从木星上拿来一大一小两块石头,做这个实验,是不是大石头比小石头下落得快?这还要分两种情况:

(1)如果是分别做实验的,那么大石头当然比小石头下落得快;

(2)如果放在一起做实验,那么它们将同时落地,因为这时两石头的绝对加速度相同,而地球受到的是它们两者共同的引力,所以只有一个绝对加速度,所以它们两者和地球之间的相对加速度相等。

 

[楼主]  [13楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/09 11:35 

回复:我第一次碰到这么傲的朋友

1 既然你承认两球的加速度是相对于一个匀速运动的参照系的,那么下面就好办了。两球的相对加速度肯定就是它们各自加速度的2倍了,这个时候如果选B球为参照系,再回过头来计算A球的质量或它们之间的距离,还能复原吗?也就是说,任意的参照系都是等效的吗?

2 我说“两球之间的合外力不为0”,对不起,是我一时疏忽,说错了。我是想问你:“ 两球整体上受到的合外力不为0吗?”,请你接着回答。

3 这个问题我就不说了。

 [14楼]  作者:kissangela  发表时间: 2003/10/09 18:56 

好象中文翻译是折合质量吧!
落体加速度g是相对加速度(给相对性原理添点麻烦)
 [15楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/10 13:19 

回复:药效反馈

看来我的药是起了作用了,只少这位朋友知道问题在那里了。

我早就说过了在非惯性系中,牛顿三定律已失效,为什么这位朋友还要固执的使用,去求它们的惯性质量呢?也许是你对我的话还没听明白,看来还是我的失误,高估了你的理解能力。我们有足够的多的方法去求它的真实质量的。

&我是想问你:“ 两球整体上受到的合外力不为0吗?"&你有此一问看来,这们朋友连自已的研究对象都还没有搞清。讲问你的研究对象,到底是A球呢,还是B球,还是A,B两球这个整体呢?

 [16楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2003/10/10 15:06 

回复:g'的确比g大。g'是真正的引力加速度。g‘中一部分用来承担地球的加速度了,剩下的(主要部分)才是测到的加速度g,它比g’
g'的确比g大。g'是真正的引力加速度。g‘中一部分用来承担地球的加速度了,剩下的(主要部分)才是测到的加速度g,它比g’小。
[楼主]  [17楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/12 11:46 

回复:关键是随便选择的参照系是不是等效的
既然选择不同的参照系(惯性系和非惯性系)可以得到不同的结果,那么爱因斯坦说的所有的参照系都是等效的,对不对呢?我的目的是针对相对论的啊!
[楼主]  [18楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/12 12:02 

牛顿三大定律真都不适应于非惯性系吗?

一个自由下落的飞机应该是个非惯性系吧!可是里面的人并不知道自己是在自由下落,他们还以为自己是静止地漂浮在空间中呢,这样,当他们推动一个物体又停止作用力后,在他们看来,这个物体会永远匀速直线运动下去,为什么在这里会适应得很好?我的水平很低,请指教我。

[楼主]  [19楼]  作者:烦爱因斯坦  发表时间: 2003/10/12 12:10 

回复:g’是相对哪个的?
先生说的g’是相对地球的,还是相对于绝对参照系的?只能是相对于绝对参照系的吧!可是,如果是相对于绝对参照系的,怎么会比g大呢?
 [20楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/14 16:22 

回复:最后一剂

牛顿三大定律真都不适应于非惯性系吗?


一个自由下落的飞机应该是个非惯性系吧!可是里面的人并不知道自己是在自由下落,他们还以为自己是静止地漂浮在空间中呢,这样,当他们推动一个物体又停止作用力后,在他们看来,这个物体会永远匀速直线运动下去,为什么在这里会适应得很好?我的水平很低,请指教我。

实事是你说的那一物体的合外力不为零(我想你不会把地球对它的引力忽略不计吧),但在你观察来却是在作匀速直线运动,讲问牛顿第一定律是这样的吗?

 [21楼]  作者:zhou_si1  发表时间: 2003/10/14 16:30 

回复:请问你对相对论了解多少呢?
我想你不会在还不知道葡萄是什么东西的时候,就知道葡萄是酸的了吧???

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