对牛顿力学的补充与修正.PDF

对牛顿力学的补充与修正 陈军 安徽省滁州市沙河中学 239060 163.com 摘要：施力耗能是基本常识，以此为基本点和出发点，依据能量转化和守恒定律，对 牛顿力学体系进行了研究。提出了一种耗散功的概念，推导出计算式，推理出力的热效应， 修正了动能定理，补充了角动能定理以及角动能守恒定律。发现了天体运动，原来遵守的是 角动能守恒，而不是角动量守恒，更不是所谓的机械能守恒。并且发现势能不是能量，势能 在牛顿力学中，是 “画蛇添足”，实现了保守力与非保守力的统一。修正后的牛顿力学，将 对物理学、天文学、宇航学等学科，以及相关的技术研究领域，产生深远的影响。 关键词：耗散功；动能定理；角动能定理，角动能守恒定律。 1引言 整个牛顿力学体系的建立，是以牛顿第一定律为基础推演而来的。从牛顿第二定律 开始，到动量定理、动能定理、角动量定理、角动量守恒定律的建立，就先天不足。只研究 了物体在受力的情况下，该如何运动，能量该如何转化的问题。而没有研究受力物体，同时 又是施力物体，施力物体对自身的运动有没有影响呢？一定有！就是施力耗能！从而导致牛 顿力学不具备普适性，只能在低速和短时间内运动近似成立，在长时间低速运动的条件下， 也是不成立的。找出原因，提出部分解决方法，能不能给相关领域带来新的发现和新的应用 呢？对人们有何启发和联想？ 2 牛顿力学中的逻辑与不足 2.1 物体（质点）在不受力（平衡力）的作用下的平动规律 牛顿第一定律： V=0或者不变。 动量守恒定律： mV=0或者不变。 2 动能守恒定律： 1/2mV=0或者不变。 2.2 物体在非平衡力作用下的平动规律 牛顿第二定律： F=ma 动量定理： Fdt=dP=mdV 动能定理： Fds=dE 2.3 物体在非平衡力作用下的转动规律 角动量定理： dL=Mdt （L=r×mV，M=r×F） 角动量守恒定律： 当M=0 时，dL=0，L不变。 角动能定理： rFds=rdE （rFds是机械功矩，rdE是角动能的变化量） 角动能守恒定律：当Fds=0时， rdE=0，角动能rE不变。 以上推导在数学逻辑上是不成问题的，但是，在物理学中，为什么找不到动能守恒定律、 角动能定理、角动能守恒定律，却多出了功能原理、机械能守恒定律？是哪些环节有问题呢？ 3 牛顿力学不足之处及原因 3.1原因一：错误认为势能是能量。 只要学过物理的人至少有99%的人，认为势能是能量，理由是势能可以做功，势能可 以转化为动能。 例如：在自由落体中，有mgh=1/2mv ，对于这个公式，有两种解释：一是重力势能转2 化为动能，二是重力做正功动能增加。两种解释的区别在于：前一种说明物体获得的动能， 来自物体本身能量的转化，后一种说明物体获得的动能，来自物体之外的重力场或者地球中 能量的转化；前一种是现象，后一种才揭示了本质。举高只是为重力做功准备了必要的条件， 自由落体运动或者上抛运动，即遵循牛顿第二定律，动量定理，又遵循动能定理。物体不管 在水平方向上运动，还是上下运动，都是平动，遵循的运动规律都应该是相同的。 当我们认清势能不是真正能量时，机械能转化和守恒定律、功能原理就没有存在的价值 和意义，也就不存在保守力与非保守力之分，不存在势能增加或者减小的说法。机械能转化 和守恒定律误导人们，保守力在做机械功时，施力物体不参与能量转化，自然就不会深究能 量的来源，对引力场能源开发不利。例如：水力发电。其实质就是开发了引力场能，如果没 有引力、引力场，不管水位多高，水的质量有多大，就不可能有水的动能。 3.2原因二： 施力耗能只用机械功来描述是不全面的。 例如：举重运动员将杠铃停留在空中；电磁铁吸引铁块静止。尽管在用力的过程中，不 断地消耗着能量，但是，由于在力的方向上没有移动距离，物理学就不承认做了功，为什么 会出现这种 “出力不讨好”的现象呢？ 3.3原因三：没有研究，受力物体同时又是施力物体，施力物体对自身的运动有没有影响呢？ 3.