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[转载]自由落体定律 (Law of Free Fall) —— 一个全新的物理学

(2016-11-12 21:46:57)
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分类: 经典•力学
【转载按】:“匀变加速度自由落体运动”与伽利略的“匀加速度自由落体运动”是存在不同的;马老师的理论反映的应是一种“匀变加速度自由落体运动”,从本质上讲它反映的就是一个带有场的物体在其周围空间所具有的场强度分布形式,它遵循1/R²分布规律——从这个意义上讲,你的理论还是牛顿万有引力思想的“翻版”(只不过引入了一个新名词——质量场,这与万有引力场有什么本质区别呢?)。
场与引力加速度是二个不同概念,场是物质自身所固有的属性,它具有“个体性”,引力加速度是建立在场强之上的用“力”来描述的概念,它具有“二体性”。
关于场的描述有二种数学形式:
1、“荷”思想,这是质点思想的延续,用高斯定理描述就是球面密度,即E=kQ/4πR²;
2、“通量”思想,这是一种用任意曲面来描述物质场密度的方法,它是一种“非质点”思想,用高斯定理来描述就是:E=kΦ/s;
从这个意义上讲,你的“g=GmD”与牛顿的“g=GM/R²”就没有什么本质区别!
至于你说“自由落体运动与惯性运动都是不受力运动”,我想你的这个观点是对的,因为惯性运动与自由落体运动都是一种“惯性状态”,只不过,后者是处于“非惯性系”中,前者处于“惯性系”中而已。
但要清楚:力反映的是二个物体之间的相互作用,而“自由落体运动”则反映的是一个物体自身场的分布状态,因此说,自由落体运动与力概念无关......


以上只是“路过”之感,如有不妥,望马老师一笑了之,并给予海涵!
顺祝马老师:悟道千里,格物有成,周末快乐!

自由落体定律 (Law of Free Fall)—— 一个全新的物理学定律

马海飞

http://blog.sina.com.cn/gfis 20161111日)

一、什么是自由落体定律?

在一个理想的自由落体环境(由任意两个相互不接触的物体构成的独立体系,不存在空气和电磁以及运动与力等任何其他因素的影响)中,两个物体之间必定存在着一个相对的变加速运动并保持这种运动状态不变,直到外力迫使它们改变这种运动状态为止。这种变加速的运动形式叫做“自由落体运动”。自由落体运动过程中的那个变加速度叫做“自由落体加速度”。自由落体运动是一个不涉及到力的运动。它的加速度来自物质基本属性质量场并由其强度所决定。其数学表达式为:g=GmD。其中Gm是统一常数。D是质量场强度。由于自由落体运动是物质基本属性决定的现象,因此它是一个万有现象。与物体的任何物理和化学等性质都无关。这个定律就是自由落体定律。

二、建立自由落体定律的重要意义。

自由落体定律的建立对物理学理论研究无疑是一个革命性的突破。它的重大意义主要表现在以下几个方面:

1、它突破了“凡是加速运动就一定存在受力过程”的旧传统观念。这个旧观念长期以来束缚着人们的思想,因而使人无法对自由落体运动以及与其相关的万有引力现象做出正确认识。也无法解释天体运转不消耗能量等问题。

2、自由落体定律是一个可以取代牛顿万有引力定律的新定律。它既包含了牛顿引力定律中正确的部分,也纠正了牛顿引力定律中错误的部分。在数学计算上可以完全取代牛顿的引力计算公式。与牛顿引力定律相比,自由落体定律更优越的地方就是它完整地反映出了自由落体运动产生的物理机制。而牛顿的引力定律则仅仅是一个对表面现象的描述性定律,无法对万有引力现象的成因从物理机制上做出任何根本性的解释。自由落体定律可以从根本上解决与万有引力现象有关的所有问题。

3、自由落体定律终止了对“力”的定义做出混乱解释的现状。它既保留了“力是改变物体运动状态的原因”这个内容,也解决了万有引力没有作用点的问题。由于万有引力没有明确的作用点,因此长久以来人们用各种各样的想象去描述万有引力的作用过程。这样想象出来的作用点显然是在现实世界中不存在的。自由落体定律可以彻底解决这个问题。

4、自由落体定律从世界观上根本改变了“物体运动状态不变”等于“运动速度和方向都不变”的传统观念。这对正确理解物理现象中的力和运动具有决定性的重要意义。

三、解释:

自由落体运动是由两个物体之间物质基本属性的相互不对称导致的运动。它和惯性运动一样都是不受力运动。惯性运动反映出来的是单一物体自身物质基本属性对称性的情况。当某个物体自身的质量场与质心之间的对称性不发生改变的时候,该物体表现出来的运动状态就是静止或匀速直线运动。静止是物体自身的质量场与质心绝对对称时的存在状态。而匀速直线运动是物体自身的质量场与质心不对称,但这种不对称状态一直保持不变时的存在状态。这就是牛顿惯性定律所描述的那个规律的本质。但是,当两个物体同时存在时,由于物体之间的质心是不可重叠的,因此二者之间的质量场与质心必定处于相互不对称的状态。物质属性决定的一个现象就是:只要质量场与质心之间处于不对称状态,它们就必定是不稳定状态。而平衡这种不稳定状态的唯一途径就是运动。无论是惯性运动还是自由落体运动都是如此。惯性运动是平衡物体自身物质基本属性之间不对称的形式。自由落体运动则是平衡两个物体之间的物质基本属性相互不对称的形式。在表面上,惯性运动和自由落体运动不同,但在本质上,即物质基本属性的不对称上,二者是相同的。只不过是在不同系统中的表现形式不同而已。惯性运动在单一物体系统中表现为静止或匀速直线运动,自由落体运动在两个物体构成的系统中表现为变加速运动。但不管是惯性运动还是自由落体运动都是物质基本属性决定的运动。物质基本属性之间的不对称性越大,运动速度或加速度就越大。

静止和匀速直线运动是惯性运动的属性运动形式。也就是说,只要是惯性运动就必定以静止或匀速直线运动的形式表现出来。这是一个不受力的运动状态。只有在改变这种运动状态的时候才会涉及到力的问题。同样,变加速运动是自由落体运动的属性运动形式。也就是说,只要是自由落体运动就必定以变加速运动的形式表现出来。这是一个不受力的运动状态。只有在改变这种运动状态的时候才会涉及到力的问题。

在历史上,人们曾经认为惯性运动也是一种受力运动。当时的科学家认为,任何运动物体的内部都有个力在维持着物体运动。惯性运动也是靠力维持的运动。因此,当时人们把力看作是“维持物体运动的原因”。可是,后来伽利略用他的斜面思想实验证明了在惯性运动中的物体是不受力的运动。从此人们改变了对力的看法。从那以后人们就把力看作是“改变物体运动状态的原因”,不再是“维持物体运动的原因”了。

与惯性现象类似,人们一直错误地把自由落体运动也看作是由力维持的运动。认为在物体下落的过程中一直受到一个引力拉动的作用。这与把惯性运动看作是由力维持的运动的思路相同。把不受力的自由落体运动当成是受力运动的一个主要原因就是来自对“改变物体运动状态”的误解。直到今天几乎所有的人还一直认为只要是物体处于加速度运动状态,就等于说那个物体的运动状态一直是处于改变的过程中。也就是把“加速”与“运动状态的改变”等同了起来。却没有认识到一个永远都按照同一个规律不变的自由落体加速运动其实就是自由落体运动本来就应该有的那种一直不变的本质性运动状态。只有当这种运动状态被改变的时候才会出现力。从这一点上来说,力是改变物体运动状态的原因这个定义与自由落体运动是不受力的加速运动一点也不矛盾。惯性运动状态就是匀速直线运动状态,而自由落体运动状态就是按照固定规律的变加速状态。改变这些运动状态的原因就是力。

把自由落体运动看作是受力运动的人与当年认为惯性运动是靠力来维持的人的思路是一样的。当时的人从感性上认为如果没有力的维持,物体就不会运动。同样,今天很多人也是从感性上认为,如果没有力的维持,自由落体运动就不会有加速度出现。今天已经没人再相信惯性运动是靠力来维持的了。相信不久的将来也会清醒地认识到自由落体运动也不是靠力来维持的。

对自由落体运动是不受力运动不能理解的另一个原因是加速度。从惯性运动上已经知道,只要让物体产生加速度就必须要用力。没有其他原因。把这种思路直接套用到自由落体运动上就会得出结论说,自由落体加速度是在引力拉动物体下落的时候产生出来的。这种解释在表面上看很合理。但实际上是颠倒了因果关系。

在惯性运动中,速度的改变离不开力。这从F=ma这个公式中就可以看出来。当一个人想要计算某个物体加速度的时候,离开了力是无法计算的。然而,自由落体运动过程中的力和加速度却不同。虽然它们之间也存在着F=mg的关系,但这种关系对计算加速度g来说,力F并不是必不可少的。没有力照样也可以计算出自由落体加速度。牛顿是用g=GM/r2来计算的。本人是用g=GmD来计算的。不管是用那种方法计算都不需要力的存在。与此相反,如果要计算来自自由落体运动现象中的那个力(牛顿称之为万有引力),离开了自由落体加速度是根本就不可能的。这说明在自由落体运动和力的因果关系中,加速度是因,力是果。也就是说,现有自由落体加速度,在此前提之上才有可能出现那个用牛顿引力公式计算的所谓万有引力。自由落体加速度的存在并不依赖力的存在。但与自由落体运动有关的那个所谓引力的存在却依赖自由落体加速度的存在。

在自由落体定律中不涉及到力的问题。因为力与自由落体运动的起因毫无关系。在此过程中如果加入力就会扰乱对自由落体运动的正确理解。只要能够摆正加速度与力的正确关系,首先了解自由落体定律,然后在此基础上再论述力的话就不会造成混乱了。

在理解自由落体运动是不受力运动的另一个困难是那个用牛顿引力公式计算出来的力。由于这个力一直被当成是相互吸引力,久而久之人们也就理所当然地把它当成相互吸引的引力了。而事实上这个力根本就不是相互吸引力。它其实是“改变自由落体运动状态”的力。一个苹果处于自由落体运动时是不受力的变加速运动状态。但把它放在秤盘上的话它就不能做自由落体运动了。秤盘阻止了苹果做自由落体运动,改变了苹果原有的自由落体运动状态,因此在秤盘和苹果之间就出现了一个阻止苹果下落的力。这个力才是牛顿引力公式计算出来的那个力。它根本就不具备相互吸引的性质。

在牛顿力学理论中,只有惯性运动是不受力运动,而天体运动不是匀速直线运动。因此用牛顿力学很难理解天体运转过程中的力学问题。人们从本能上感觉到地球围绕太阳转是一种不消耗能量的永恒运动。不消耗能量就意味着与力无关。因此很多人都感觉到天体的圆周运动应该与惯性运动一样是不受力运动。可是由于它不是匀速直线运动,因此就无法从不受力的角度去理解天体的圆周运动。但是,如果知道了自由落体运动是不受力运动就很容易理解天体的圆周运动是不受力运动了。其实天体的圆周运动是匀速直线的惯性运动与变加速的自由落体运动组合在一起的综合结果。因为这两个运动都不受力,因此天体的圆周运动就是不受力运动。也就是说,天体的圆周变速运动与不受力之间并不矛盾。

自由落体定律的提出让我们认识到,自由落体运动与惯性运动都是不受力运动。力不但不是维持惯性运动运动的原因,也不是维持自由落体运动的原因,而是改变这些运动状态的原因。自由落体运动定律的提出给物理学增添了新的内容。它必将可以取代牛顿引力定律。从自由落体加速度上而不是从万有引力上解释万有引力现象。如果让学校的学生先从自由落体定律学起,然后再去了解牛顿的万有引力理论就很容易明白万有引力现象和万有引力的本质到底是怎么一回事了。像现在这样对力的认识的混乱现象也就不复存在了。


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