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“角动量守恒”可能忽略了一个约束条件:r·F = r·d(mv)/dt
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2006/06/25 00:42
点击:2596次

估计问题出在极轴方向的 F=ma 没有考虑?

为了说清问题所在,
先把角动量定律和角动量守恒定律的证明过程叙述如下:

=========================================
证明:角动量定律和角动量守恒定律

由F=m(dv/dt),用r叉乘等式两边得:
r×F= r×d(mv)/dt
= r×d(mv)/dt + [(dr/dt)×mv - (dr/dt)×mv]
=[r×d(mv)/dt + (dr/dt)×mv] - (dr/dt)×mv
=d(r×mv)/dt - (dr/dt)×mv

由于v=dr/dt,v×v=0,
所以:(dr/dt)×mv =0
于是代入后得到:
r×F = d(r×mv)/dt = dL/dt

其中:r×mv 定义为相对同一参考点的角动量L,
角动量定理证毕,

当M= r×F =0 时有:
d(r×mv)/dt = 0
两边积分得:
L= r×mv =C (常数)
角动量守恒定律证毕,

===============================================
问题出在哪里呢?分析如下:
首先看:
“由F=m(dv/dt),用r叉乘等式两边得:r×F= r×d(mv)/dt ”
这个意思是:
把F分解到极轴的切向得到:r×F = r*F*sinθ,
把加速度a同样分解到极轴的切向:r×d(mv)/dt = r*[d(mv)/dt]*sinθ,
我们知道在运用f=ma解题时,可以把F分解到任意两个互垂的坐标轴上,
然而必须将两个坐标轴上的方程联立求解:
Fx=m*ax
Fy=m*ay

但是这个证明过程显然没有考虑分解到极轴方向的:
r·F = r·d(mv)/dt
所以正确的分析、证明应该是联立微分方程组:
r×F= r×d(mv)/dt
r·F = r·d(mv)/dt

现在可以看出,由 r×F= r×d(mv)/dt 得到的“角动量守恒”,
还需要有 r·F = r·d(mv)/dt 作为必须的约束条件,
那么对于“绳球模型”的情况有:r与F同方向,cosΩ=1,
代入:r·F = r·d(mv)/dt 有:
rF = r d(mv)/dt
两边同除 r 得:
F = d(mv)/dt = mVV/r + d(mU)/dt = mVV/r +|a|
(v=V+U)
如果假设匀速收绳,则小球的径向加速度|a|=0,所以得到:
F = mVV/r,这是匀速拉绳力所必须满足的,
即收绳的力F要随着r的减小而增加,
而且由题设的:|a|=0 
两边积分得径向速度为:U=C,
由于切向初速度为:V= v0= r0*ω0,
所以这是一个:V/U = C/v0 = tgφ=C 的“等角螺线”轨道,
这就是由极轴径向运动方程:r·F = r·d(mv)/dt 得出的约束条件:
V= r*ω= r0*ω0 =C
把它代入由切向运动方程:r×F= r×d(mv)/dt 得到的“角动量条件”:
L= r×mv = rmV =C1 (常数)
得:r= C1/mV =C,
这显然不满足“匀速收绳”U=C 的前提假设,所以“角动量守恒”在此失效,
所以只能由:V= r*ω= r0*ω0 =C 解得:
ω= (r0/r)ω0


==============================================
同样的,由 r·F = r·d(mv)/dt 可以得到:
F = d(mv)/dt = mVV/r + |a|
对于不同的|a|,就会有不同的约束条件,
当|a|=C/rr 时,可以得到椭圆轨道,从而与“角动量条件”:
L= r×mv = rmV =C1 (常数)
没有冲突,或者说没有其它的附加约束条件,

可是当|a|=C/rrr 或 |a|=C/rrrr 时,
就可能会产生其它的约束条件,于是使得“角动量条件”难以成立,
具体的演算太复杂,只好留给正和这样的学者去研究、论证了,

总之,想提请注意:
对于“角动量守恒定律”,还有一个r方向(极轴方向)的约束条件要考虑:
r·F = r·d(mv)/dt
不能只考虑r切向(极轴切向)的约束条件:
r×F= r×d(mv)/dt
否则可能对很多理论分析上和实际实验上的结果将难以理解?
所以,估计“角动量守恒”作为一个定律难以成立?

 

 

 

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 [2楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/25 23:16 

角动量的速度不能用v表达,只能是速度的切向分量﹕r·(dφ/dt)


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相对论一派胡言 物理界混淆是非 时空物绝对独立 “倒相者”返璞归真
 [3楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/26 00:22 

由“绳球问题”导出动量矩不守恒的论证,我举了那么多例子至今都没能说服几人,可见要反相对论的难度是何等之大?


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 [4楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/26 10:35 

“角动量守恒”可能忽略了一个约束条件:r·F = r·d(mv)/dt
 [5楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/26 10:42 

读帖时,帖子不存在
 [6楼]  作者:angelury  发表时间: 2006/06/26 12:24 

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[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/26 14:40 

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[楼主]  [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/26 15:22 

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 [9楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/26 17:04 

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[楼主]  [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/26 20:01 

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 [11楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/26 22:57 

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[楼主]  [12楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/27 00:07 

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 [13楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 00:18 

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[楼主]  [14楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/27 00:19 

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 [15楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 01:01 

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 [16楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 01:23 

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 [17楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:02 

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 [18楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:04 

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 [19楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:07 

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 [20楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:31 

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 [21楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:41 

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 [22楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 10:49 

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 [23楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 10:50 

如果除t外全是矢量,则r就与位移等同,dr/dt就与ds/dt等同,你多出的一项ω×r干吗?
“角动量守恒”可能忽略了一个约束条件:r·F = r·d(mv)/dt
 [24楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 10:56 

“dr/dt=v”仅仅是在直线运动的情况下才成立,在矢量运算中必须包合速度v的旋转项“ω×r”!怪不得原来你的理解水平就如此?


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 [25楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 11:25 

你真的搞不懂r^=(rcosθ,rsinθ)?r^是矢量整体,r是矢量长度(标量)

习惯用黑体表示矢量,常体表示标量,r=(rcosθ,rsinθ)。

v=dr/dt,哪里还需要别的项??

 [26楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 11:31 

在“在秋千最高点时蹲下”是对的,可“‘放绳力’做负功w=-fS”就长见识了,看来你的中学物理老师也要代你受过了!

我只知道引力势能的“引力势”是负值,可并不知道还有什么“负能量”(当然还有什么“虚质量”也听说过),今天你的“做负功”的确使我长见识了!

究竟是在秋千最高点时蹲下,还是可以在秋千下荡过程中缓慢下蹲的问题我还没去考究,但在最低点时突然站立是自已的身体内能转化做功却决不能忽视,这难道是绳子做的功?那不如说你从地面上突然站起是地面对你做了功与你自己的身体状况无关!

可以肯定的是﹕无论你是在秋千最高点时蹲下,还是在秋千下荡过程中缓慢下蹲,这一过程是无论如何不会改变系统的能量状态的,也根本就无须引入什么“做负功”来烂芋充数了。

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 [27楼]  作者:正和  发表时间: 2006/06/27 11:39 

原来你不知道有做负功这回事?太令人惊讶了!

w=F.S=FScosθ,在最高点蹲下时,位移与力反向,cosθ=-1,w=F.S=-fS有何奇怪的?连负功也不知道,你的初中物理老师真是误人子弟呀。

 [28楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 11:42 

乱码看不懂,但用一个“链球运动”的例子更能说明问题。具体你自己去分析,人家运动员和教练肯定都不蠢!

除非你的链球抛得远近靠的是“动量矩”而并非初速度?

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 [29楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 11:48 

去看一看有关矢量问题的理论力学书籍,不要停留的在大一的《普通物理》知识范围内考虑问题


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 [30楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/27 11:56 

你是否还吃了一顿“负饭”呢!功只有吸收和做功过程,做功提供能量、吸收则增加自己的能量,你这是什么能量?


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