力的本質是能量交換和趨勢

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文作者: 佚名
上傳時間:2005/12/15 16:45:00


  宇宙物體幾乎沒有孤立存在,總是跟周圍物體不可分割地聯系在一起,並一起作整體運動。如地球表面物體處於四周能量交換平衡狀態,並跟著地球運動。地球表面物體間通常可以處於交換平衡靜止狀態,要使某一物體移動,就需要對其施力(即交換能量)或能量变換轉化。要使地面物体產生相對地面平動,施以作用力或內能等轉化為機械能或平動能,速度逐漸增大或作加速運動。当所施作用力與摩擦力平衡或所消耗內能足以抵消摩擦能量,而保持直線勻速平動。實际上地面物體機械轉動也是如此,外加力矩或消耗內能等轉化為轉動機械運動能量,所加的外力矩或內能等足夠抵消内能等消耗,就能維持轉動。一旦作用力解除或停止提供內能等,就會逐漸停下來,並處於相對静止平衡狀態。
  一、機械交换作用
  首先、牛頓力學第三定律的作用與反作用實際上是受力物體与施力物體間能量交換,是受力物體得到動能,並以其它能量交换給施物體的表達式。這正是作用與反作用量值相等、方向相反、作用在不同物體上的本質所在。其次、如果受力物体得到動能,其動能改變量對位移量之比定義為牛顿力。那麽
F=dE/dl=dmυ²/dl=dmυ/dt=dp/dt
p=mυ为動量。這是牛頓第二定律表達式。還可以擴大為動能改變量對角移比值定義為力矩。
M=dE/dθ=dmυ²/dθ=dmr²ω²/dθ=dJω/dt=dN/dt
N=Jω為角动量¸J=mr²為轉動惯量,廣義的轉動慣量為J=kmr²。第三、當F等於零時,速度等於零或常數,即保持靜止或勻速直線的慣性運動,為牛頓第一定律。M等零時,角速度等零或常數,即靜止或勻角速度或r²ω為常數的螺旋運動。這裏關鍵問題是能量交換必需有一方得到動能,如果雙方交換能量而沒有任何一方獲得動能又如何呢,它只是不產生機械运動的相互作用或機械平衡狀態。
  機械平動或轉动時如果能略去摩擦,那麽其啟動之後就能維持原有運動状態,即所謂慣性運動。如果在对稱物體轉動軸的一點上施一作用力矩,該轉動物體就會产生進動和章動。如迴旋儀或陀螺在地面轉動時,其重力可分解為轴上和垂直軸兩個分量,自旋速度與垂直軸分量同向側叠加具有彌漫趨勢,反向側疊加具有濃縮趨勢,使同向侧趨向反向側而產生進动。進動速度又與陀螺自旋存在正反向,使正向側趨向反向侧的章動。但章動向反向侧同時重力垂直軸分量減少,進動和章動相應減少,等零時,重力要恢復原狀,繼續引起進動和章動,直到這些運動能量全部消耗於摩擦能量上。可见自轉、進動、章動是转動趨勢或作用的不同方式。
  运動的自旋體的核心速度與其自旋兩側速度疊加必存在同向側和反向側,同向側彌漫趨勢必趨向反向側濃縮趨勢,使運動自旋体沿圓周或圈線或弦運動,甚至環運动。這就是圈體或弦存在的根據,也是三旋運動存在的根源。牛頓力學实際上是宏觀機械力學,实際上是對宏觀物體或機械作“功”,即主要考察能量交換中可產生動能差或受力物體方面運動的一門科学。力可以用動能差或“功”對物體位移比值來定義的。力矩可以用動能差或“功”對角移的比值來定義的。功率即作功效率是動能差或“功”對時間的比值来定義的。機械通常由重力、彈性力、熱膨脹力等作功,改變物體運動狀態或動能值。它受引力趨勢和外力作用原理支配。
  能量交換方式不同所形成物體運動方式也不同,最基本的有原子核重粒子間強交換作用,輕粒子間弱交換作用,輕重粒子間電磁交換作用。原子、分子間交换電磁作用(甚至粒子存在小粒子交換作用,它是實物不同物態、化學、生命产生的根本),粒子和實物間交換作用,實物間交換作用,天體和實物間重力作用,天體间萬有引力作用等不同级別交換。牛頓力學研究最多的是實物體間與實物天體間交換作用,並引起受力物體运動狀態變化。這類實物體之間作用主要是重力作用、摩擦作用、彈性(推、拉、壓、舉、碰撞等)作用,可以用牛頓力學描述。宏觀物體或機械是由大量不規則运動的粒子組成的,通常情況處於交換平衡的相對靜止狀態,只有外加作用力下才發生平动或外加力矩下轉動。一旦處於直線平動或轉動運動狀態,若能全部解除所有作用力,那么就能保持其直線平動或转動運動,即所謂慣性,如牛顿力學描述。
  作用力只是能量交換的兩方面中可以產生動能改變量的一個方面。對于沒有產生動能改變量的交換,不在牛頓力學範圍裏討論。
  實物體內分子粒子間交換作用形式不同則構成不同的物態,氣態的粒子實際上是獨立的不規則運動,但通常只受地面重力作用或容器作用而受到運動範圍限制,它跟容器壁交換作用可以对其作功。液體 內分子或粒子通過(電磁)場質交換而聯系成體的。固體內分子或粒子通過更小殼粒或粒子交換聯結成體的。固體或液體可通過加熱或其它辦法氣化,並產生體积膨脹,推動物體運动。分子粒子和實物體交換作用,尤其固體或液体加熱氣化的體積膨脹(包括蒸汽機、內燃機、噴氣機等)引起對物體作用或作功,構成机械動力,可以用熱力學能量轉化(變換)和趨勢描述。
  二、场質趨勢作用
  實物體是以渦旋運動成形为基礎的,周圍存在引力场質、磁場質、電場質等。若实物體兩側場質重疊而出现不平衡或不對稱時,就會在場質趨勻平衡趨勢中促使或推動實物體移動,即场質趨勢的作用。如兩涡旋體濃縮質量場質相鄰一側反向重疊具有濃縮狀態,而外側同向重疊具有彌漫狀態,弥漫狀態側有向濃縮狀態侧趨勢,促使渦旋體向鄰側移動靠近,即相吸。實物體不同侧周圍電場質或磁場质重疊出現不平衡,也同樣在平衡趨势中推動實物體移動,是另兩類場质趨勢作用。
  電是粒子(原子核、原子、分子等)破裂時產生的交換不平衡或加速場質状態的現象,帶電體運動可產生磁环或渦旋環場質狀態的现象,這些帶電磁物體周圍或兩側場質疊加出現不平衡,就會推動此物體運动,即電磁能轉化為機械運動。反之機械交換作用於某些电磁體也會產生電流或电磁場質。電磁應用於電力和電訊兩大方面,電訊方面主要是通過導線或电磁波來傳遞信息,如聲音、文字、圖象、數碼等的弱電設备,主要是高頻信息的傳遞,將音頻重疊在高頻信號上實現信息傳遞。電力方面主要通過機械能量轉化变換為電磁能,因為機械運動難以产生高頻,只能利用低頻高能在導線上傳輸,低頻可以減少輻射,高壓可以減少電流在導線上熱消耗。因此電力主要任務是能量傳輸和能量轉化變換,實現对機械作功或遠距離的能量或功的傳輸。
  對於自旋與部分平動周期性变換運動的光量子來說,其總能由周期變換能和直線平動能组成的,並各占一半。如果光量子在運動途徑上遇到介質表面作用时狀態將是如何?量子只有周期性變換運動和平动運動,沒有固定自旋,因此只能直線平動運動。量子束入射光滑介面(光密介質),在入射的前半周內(相當於在地面的陀螺)若外側與速度同向則倾向於平行介面,停留到完全平行時才反射,從而實現反射光的相位和方位調整。同時光滑介面對光量子只有垂直向上作用(與入射相反),而水平方向一樣,因此反射角等於入射角。入射的後半周若外側與中心速度反向則倾向於垂直介面,並停留到收縮成點狀折射到介質中,也起到相位和方位調整作用。同時使量子先入射部分受到介面交換作用產生偏向介面垂線角度,使折射角度小於入射角度。量子多了一项與介質的交換能,量子在介質中速度變慢。可见周期性變換粒子與宏觀物體介面碰撞時,能量交換而維持量子總能量不变性,停留在介面交換時间與動能改變量乘積成常數,起了相位和方位調整作用。
  《廣義力》一文指出,一般作用力是能量交換作用,且可產生動能改變量或對外作功方面。但交換方式多種多樣,包含眾多的不引起動能改變量的交換,如原子核重粒子間強交換作用,輕粒子間弱交換作用,重粒子與輕粒子间電磁交換。原子核破裂產生不稳定粒子,在平衡對稱趨勢中衰變(甚至多次衰變)成較穩定粒子或被原子所吸收。万有引力、重力、電力、磁力等是平衡趨勢作用,分子間场質交換作用、原子核與殼粒間電磁作用、重粒子間強作用、轻子間弱作用等是交换作用,屬於趨向平衡穩定狀態的主動力作用。前面所述摩擦作用力、彈性作用力(推、拉、壓、舉、碰撞)、熱膨脹作用力等屬於破壞平衡穩定狀態的被動力。但不管怎麽樣,它們都要用能量變換、交换、遞傳來描述。
  各種同場质重疊所產生的平衡趨勢作用,如引力、磁性、電性、電磁性、強作用、弱作用等。實际上天體、原子、原子核的渦旋濃縮趨勢是建交在前者基礎上進步濃縮,因此後者質量密度要比前者高得多。濃縮使同類的鄰近時,外側同向重疊趨向鄰側反向重疊的相當於吸引力作用,如万有引力、電磁作用、强作用(附帶弱作用)為不同层次、級別的濃縮重疊作用。對於運動渦旋體間濃縮趨勢跟其相對運動狀態密切相關的,運動方向與趨勢垂直時,而處于螺線式運動,只有速度足夠大到一定程度,才能維持圓周運動。平衡趨勢使其又處於交换狀態,甚至交換平衡狀態,可見交换是建立在渦旋濃縮重疊作用基礎上平衡趨勢中形成的。渦旋體運動必存在自旋速度與中心速度的正反向,使其沿著圓周或環或弦或圈态等曲線運動。如果涡旋體曲線運動剛好是其與核心體濃縮重疊趨勢等零,即交換平衡狀態時,則處于允許的穩定軌道上运動,並構成穩定的元素原子運動結构狀態,即受交換同步及整數倍原理支配。
  三、微觀粒子作用
  廣義力的交換同步及整數倍原理應當以相互作用的能量變換或交換來描述更為合 理,而交换涉及交換頻率、強度、成分、速度和平衡程度等到情況。如果交換只是能量子,而且不只是電磁量子交換,是更廣泛意義的能量子,如介子是強作用交換的能量子。那麽弱作用的應該是比電磁量子更弱小的能量子,如中微子或微子之類粒子交換。但由於至今尚未有觀察中性粒子有效工具,目前很難證實。不過從粒子渦旋形成的,通常具有磁性觀念出发,相信不久將來定會找到磁感應材料或磁敏材料來觀察中性粒子行跡。這類設備發明將跟現代加速器相比美。但不管怎麽樣,交換能量子描述广義力可能是較佳方案。 免费論文下載中心 http://www.hi138.com

  微觀粒子與宏觀物體不同完全在於其運動周期性變换和周期性交換作用,不是牛頓力學的宏觀物體靜止和勻速直線運動。因為宏觀物體是大量不規則粒子運動的重疊,根本體现不了周期性運動狀態。交換本身虽然存在交換頻率、相位、方位、強度、純度(單純程度)等問題,而宏觀交换是由大量粒子間交換組成的,其頻率、相位、方位、強度各式各樣的復雜結合,根本體現不出周期性交換頻率、相位、方位、波動強度的特性。如《質能再論》一文所指出的交換能是總能減去平動能與周期變換能來描述更為妥當
ΔE=Δhν=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²)
質量愈大或速度愈小,交換能或交換頻率愈大愈雜,宏觀物體失去周期变換與交換屬性。
  微觀粒子情況則完全不同,除了平動和自旋外,具有明显的周期性變換運動和周期性交換作用。但又不同於量子只有平動和周期性變換運动,它比量子至少又多了自旋運動和交換作用,而且不同類型的粒子具有不同方式的運動與交換。ΔE包含能量差或交換頻率差或質量乘以速度平方差,那么粒子愈輕,即質量愈小,交換強度愈弱,正如強(交換)作用、電磁(交換)作用、弱(交換)作用間的關系。強作用產生於重粒子之間交換,質量大交換作用強。弱作用產生於輕粒子之間交換,質量小交換作用弱。電磁作用產生於重輕粒子之間交換作用,質量介於两者之間。這樣可將三種作用。甚至万有引力等統一於以濃縮為主的交換觀念之中,強作用強度設為1,電磁作用則为1/137,弱作用則为10&sup-14。
  形成上述強、弱、電磁三類作用統一表達式。强度比值是由強作用公式2πf²/hc≈1和弱作用公式2πg²/hc,以及電磁作用公式μce²/2h=1/137等計算得到的,f、g‘荷’實際上是強、弱交換場質總量,稱為強、弱交換荷,相當於電荷是電场質總量類似,可以用交換場散度描述。電磁交換是重輕粒子間的交换,又與電場與磁場聯系起來的公式,比較特殊,但仍跟电荷平方有關,即強、弱場質交換描述參量。如果改寫成相應关系式,則
2πě²/hc=μce²/2h
ě²=μc²e²/4π
其中ě可以看成電磁交換荷或稱电磁交換荷。“荷”為交換總量,其交換強度總量除以球面積,即單位面积交換量來表示。


參考資料:
1,《物性論-自然學科間交叉理論基礎》 陳叔瑄著 廈門大學出版社1994年出版
2,《物性理論及其工程技術應用》 陳叔瑄著 香港天馬圖書有限公司2002年出版
3,《思維工程-人腦智能活動和思維模型》 陳叔瑄著 福建教育出版社1994年出版

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