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解释牛顿力学 已有2人参与
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【本文大写字母为矢量】 牛顿力学表述为： 1，任何物体试图保持匀速直线运动或者静止状态，直到有外力改变为止。 2， 物体受到的作用力F和这个物体的速度V随时间t变化率(就是加速度)A = dV/dt成正比，和这个物体的质量m成正比。 F = mA 3，一个物体受到另一个物体的作用力时候，总会对另一个物体施加反作用力，两个力大小相等，方向相反。 4，宇宙中任何两个物体（质量分别为m, m’）都是相互吸引的，吸引力F于他们的质量成正比，与他们的距离r的平方成反比。 F = g m m’/r2 式中g为万有引力常数。 牛顿力学的核心是质量概念，由质量概念，又产生了动量概念，借助于动量概念，以上牛顿的1, 2, 3定理可以改写为： 1，任何一个物体，都具有质量m，当这个物体相对于我们观察者以速度V运动时候，具有动量: P = mV 2，物体受到外力F的作用，可以通过这个物体的动量随时间t的变化而体现出来。 F= dP/dt = d (mV )/dt = m d V/dt = mA 牛顿力学中认为质量m为不变量。 3，相互作用的物体的动量是守恒的，一个物体所得到的动量是另一个物体失去的，失去的动量和得到的动量大小相等，方向相反。 下面我们从一个基本假设出发来解释牛顿力学： 基本假设： 宇宙中任何一个物体【包括我们人的身体】周围空间都以光速辐射式运动，空间这种运动给我们观察者的感觉就是时间。 我们把三维空间分割成许多小块，每一小块叫空间几何点，描述这些几何点的运动，就可以定性、定量的去描述空间本身的运动。 借助几何点概念，我们可以认为：时间与观察者周围空间光速运动的路程成正比。 设想有一个质点o相对于我们观测者静止，周围空间中任意一个空间几何点p在零时刻以光速度C【在这里认为光速可以为矢量】从o点出发，沿某一个方向运动，经历了时间t，在t'时刻到达p所在的位置，让点o处于直角坐标系xyzo的原点，由o点指向p点的矢径为R = C t = x i+ y j + z k R是空间位置x，y，z的函数，随x，y，z的变化而变化，记为： R = R（x,y,z,）。 我们以 R = Ct中R的长度r为半径作高斯球面s = 4πr2【内接球体体积为4πr3/3】包围质点o。 注意，r和R虽然数量相等，但是二者是有区别的，r是几何点的位移R长度的数量，是高斯面s的半径。把运动空间看成是水流，R就是水流沿某一个方向流动的长度，而r如同我们随着水流测量的卷尺的刻度。 o点周围的重力场A表示o点周围在体积4πr3/3内有n条几何点的位移矢量R = Ct， A = k g n R /（4πr3/3） k为常数。 g为万有引力常数。 而质点o的质量m就表示在高斯球面s = 4πr2【内接球体体积为4πr3/3】内，包含几何点矢量位移R = Ct的条数n和立体角度4π的比值。 m = 3 k n /4π 这样,以上的重力场方程A = k g n R /（4πr3/3） 可以写为： A = g m R /r3 牛顿万有引力定理指出，质点o周围空间p处【由o指向p点的矢径为R，o点到p点的距离,也就是矢量R的数量为r】产生的重力场为a = g m/r2,矢量式：A = g m R/r3。 以上的重力场方程和牛顿力学重力场方程吻合。 利用牛顿第二定理，可以得到： 如果在p点存在着一个质量为m’的质点p ，则p点受到o点的作用力F可以用p点的惯性力m’A表现出来。 F = m’A = g m R /r3 以上正是万有引力公式。 质点o相对于我们观察者静止的时候，周围空间的运动量可以表示为m C ,可以认为m C为o点的静止动量。 当o点相对于我们以速度V匀速直线运动的时候，由于光速相对论不变性， o点周围空间几何点相对于o点的运动速度【在我们观察者看来】可以表示为矢量(C-V), 和V合成后【(C-V)+V = C】的仍然是光速C，相应的o点的运动量应该为： P = m(C-V) 这个是比牛顿动量公式更普遍的动量公式，注意，P 、C、V是矢量， 从上式可以看出，相对论、牛顿力学的动量公式P = m V是这个动量公式P = m（C- V）中的一个分量。 我们应该合理的认识到，一个物体的静止动量m’C【为了区别，用m’表示静止质量】和运动动量m（C- V）的数量应该是相等的，不同的只是方向。 | m’C | = | m（C- V） | 由于在相对论中，V只能引起V垂直方向的光速的变化，使V垂直方向的光速变成√（c2- v 2），所以C- V的数量为√（c2- v 2），这样： (m’c)2 = m2c2- m2v2 m’ = m√（1- v 2/c2） v是速度V的数量，c是光速度C的数量，上式就是相对论中质速关系。 我们也应该合理的认识到，物体静止时候有静止能量m’c2，运动的时候有能量mc2- mv2,二者的数量是相等的，也就是： m’c2 = mc2- mv2， 这种看法和相对论基本吻合。 电磁力和万有引力、核力表面看是物体之间的相互作用力，本质上都是物质点在空间中相对于我们观测者运动形成的，都可以表现为惯性力，都可以用动量P = m（C- V）随时间t的变化率来表示。 F = dP/dt = Cdm/dt - Vdm/dt + mdC/dt - mdV/dt (C- V)dm/dt = Cdm/dt - Vdm/dt是质量随时间变化的力，简称加质量力，本质上是电磁力，其中Cdm/dt 是电场力，Vdm/dt是磁场力，mdV/dt牛顿第二定理中的惯性力，也是万有引力（或者叫重力场力），mdC/dt 是核力。 由于字数的限制，以上的数学推理要涉及到电磁场本质几何形式的认定，这里省略，有兴趣的网友百度“统一场论5版”可以看到详细论证过程。 以上引出的空间以光速运动，大家可能觉得光速的提出是画蛇添足，实际上认为空间以光速运动产生时间，可以解释相对论中的光速不变。 如果认为宇宙中任何物体【包括人身体】周围空间以物体为中心点，以光速c辐射式运动，而光是静止于空间中被空间这种运动带着向外跑的，空间 这种运动给观察者的感觉就是时间。 这样说来，时间的量与光速运动空间的位移量成正比。 光速是一个分式，从数学中我们知道，分式有分子和分母。光速中的分子----空间位移和光速中的分母-----时间是一个东西，是我们人为的把一个东西叫成两个名字。比如，张飞，又名张翼德，虽然是两个名字，但是，指的是同一个人。 所以，光速的分子------空间位移如果有什么变动，光速的分母------时间一定会同步变化，这样光速的数值始终不变，这个就是光速不变的原因。 比如说，我们看到了张飞胖了，体重增加了5斤，我们马上就可以断定张翼德体重肯定的增加5斤，因为两个名字指的是同一个人。 张飞和张翼德的体重在增加，但是，张飞的体重和张翼德的体重的比值始终不变。 当光源相对于我们以速度v运动的时候，引起了光速的分子----空间位移的变化，光速的分母------时间一定会同步变化。因为光速的分子---空间位移和光速的分母---时间本质上是同一个东西，是我们人叫成两个名字，如同张飞和张翼德。 从以上可以推理出，光源相对于我们观察者无论是匀速还是加速运动，光速始终不变。这个表明广义相对论基本正确。 |
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