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23 牛頓第二定律被共核慣量守恒定律整合,力的新定義與重力本質

2024-07-24科學

引言

克卜勒周期定律、萬有重力定律、牛頓第一定律、能量守恒定律、動量守恒定律、角動量守恒定律、以及這篇論述的牛頓第二定律,都是經典物理學非常重要的物理學定律,前面多篇文章已經逐一推導論證:這些定律要麽是共核慣量守恒定律的推導式,要麽是其特殊形式或其局域性定律。

總之,共核慣量守恒定律將這些定律整合或者說實作了統一,顯示了共核慣量守恒定律強大內涵和普適性。

這篇文章重點論述共核慣量守恒定律下力的定義,從而更新與補充牛頓第二定律,讓大家認識到:牛頓第二定律僅是共核慣量守恒定律下選擇不同參照系而成立的局域性定律,這也是經典物理學為什麽僅僅適用於宏觀低速運動的原因。

在共核慣量守恒定律下確定了力的新定義,並擴充套件和補充牛頓第二定律後,它將適用高速微觀運動學,成為一個普適定律。

同分時述了共核慣量守恒定律下運動力概念,再次全面詮釋了重力的本質和重力的多種計演算法。

23.1 共核慣量守恒定律的內容與理解

一切運動都是以一個點(軸)為核心參照系的共核運動,在不受任何外作用下品質物體將作永恒的共核運動,且其任意時刻軌跡點上的共核慣量守恒,這就是 共核慣量守恒定律

共核運動中參照系的點(軸)叫做 核心, 物體品質、核心距離與速度平方的乘積叫做 共核慣量,共核慣量的表達是:

(23.1.1)

在不受外作用下確定的共核系內,把滿足任意時刻軌跡點上共核慣量守恒的共核運動,稱為 共核慣性運動;

在共核慣性運動中,任意時刻軌跡點上核心距離與速度平方的乘積恒等於一個常量q,叫做 共核常量。

在獨立共核系的天體運動中,公轉、自轉和自由落體(拋體)運動都是共核系中不同形式的共核慣性運動,因此任意軌跡點的共核慣量守恒,共核常量恒等,這樣有 天體運動的共核常量恒等方程式 (附參數因次表(23-1-1):

(23.1.2)

(23-1-1)

共核常量恒等方程式的第一項叫作 公轉常量; 第二項是 自由落體常量; 第三項是 自由拋體常量; 第四項是 自轉常量; 第五項是 克卜勒常量; 第六項是 重力品質常量;

這是天體運動中不同形式的共核常量運算式,透過共核常量恒等方程式,可以非常方便的計算出天體運動的各個參數,如(23-1-2)是地月系共核常量方程式參數列:

(23-1-2)

對於共核慣量守恒定律的理解,要從以下幾個方面來分述:

一是確定了以定點或定軸為核心的參照系, 這完全放棄經典物理學相對靜止的參照系,即:

宇宙中的一切運動都可以確定為相對一個點或軸為參照系的運動,這個點(軸)就叫做 核心 ,品質物體到核心的距離就叫做 核心距離。

二是把宇宙所有運動形式都歸結共核運動:

天體公轉是相對於一個虛點的周期環繞運動;

天體自轉是相對於一虛軸的周期旋轉運動;

自由落體運動是趨近一個虛點的向心運動;

自由拋體運動是遠離一個虛點的離心運動;

螺線運動是繞軸的上升或下降的環繞運動;

所有旋轉運動要麽是繞軸運動,要麽是繞點運動;

水波、聲波、電磁波等波動都是以震蕩點為核心的離心環繞運動;

繩子震蕩等震動波是以虛軸為核心的上下周期漸進震動;

直線運動是平行於虛軸的等核心距離平移運動;

水平直線運動中的水平面是海平面,水平直線是水平弧線,地球上的水平直線運動的實質是繞地心的等地球半徑的圓周運動。

總之,宇宙一切運動的參照系不再需要去選定相對靜止的參照系,而是把相對同一核心(點或軸)作共核運動的品質物體統稱 共核系

三是明確共核系中的共核慣性運動:

在一個確定的共核系中,只要找到這個核心(點/軸),那麽就可以確定統一的參照系,這樣:

以同一個核心運動的所有品質物體,就構成 共核系。

因此,以不同核心參照將構成不同的共核系,例如:

月球與地球上的一切物體都是以地心(軸)作公轉或自轉運動,包括自由落體(拋體)運動等,這就是 共核地月系, 同理有土衛共核系、木衛共核系等等;

而所有行星與太陽運動都是繞日心(軸)的運動,構成 共核太陽系 等等。

同時,明確月球自轉共核系為衛星共核系,它是地月共核系子系;而地月共核系是行星共核系,它是共核太陽系子系;而共核太陽系是恒星共核系,它是銀河共核系的子系等等。

各個子系除保持其自身共核慣量守恒外,同時各個子系也同時保持其父系和祖系的共核慣量守恒,因此月球自轉的同時能繞地心公轉,同時也能繞日心公轉和銀心公轉,因為月球具有多重共核系的共核慣量守恒,以此保持其在天體位置的相對穩定,這就是 天體運動的基本法則。

天體運動中,不同共核系有不同的共核常量值,如圖表(23-1-3)

(23-1-3)

而關於共核慣量守恒定律與牛頓第一定律中對慣性的不同理解,請關註作者並翻看合集第二篇文章。

23.2 力的新定義與重力本質

共核慣量守恒定律下共核慣量運算式中:

(23.2.1)

這表示共核慣量是共核運動中物體品質和其運動軌跡點上的核心距離及瞬時速度平方的三個量的乘積。

如果共核運動是共核慣性運動,則其任意軌跡點上的共核慣量守恒;如果是非共核慣性運動,則任意軌跡點上的共核慣量不一定守恒,但是確定軌跡點上有確定的瞬時共核慣量值。

若設定確定的一個軌跡點瞬時不受任何外作用,則其軌跡點的瞬時共核慣量就是確定值,則其共核常量也有確定值,那麽該位置點就有確定的運動力,運動力的定義是:

當設定共核運動中確定軌跡點不受任何外作用時: 該位置點的共核慣量與其核心距離平方的比值,就是該位置點運動力大小,則運動力運算式是:

(23.2.2)

在天體運動中,公轉、自轉和自由落體(拋體)運動都是共核慣性運動,其任意軌跡點的共核慣量守恒,共核常量恒等,因此在共核慣性運動中,運動力與品質成正比,與核心距離平方成反比。

在不同形式的天體共核慣性運動中,利用共核常量恒等方程式,可以推導其任意軌跡點運動力大小,這樣就有多個計算運算式,即:

(23.2.3)

最後一項就是萬有重力定律運算式,這表示萬有重力定律只是天體運動中運動力計算式中的一個,萬有重力實質是天體共核慣性運動中所具有的運動力,是共核慣性運動的衍生力,是共核運動具有能量而本身具有的動力。

必須明確:經典物理學中超距的品質重力是不存在的,虛構的重力因為與運動力大小相等,方向一致而被誤讀,因此重力的施力物體是共核運動的品質物體本身,而否超距的外在地球(天體或品質物體)所施加,這就是 重力的本質。

因此,對於重力的計算,根據天體共核慣性運動的不同形式,利用共核常量恒等方程式和共核常量值,可以進行多種形式的簡易計算,完全可以拋棄萬有重力定律繁瑣的計演算法。

而要理解運動力與萬有重力的關系、共核慣量守恒定律下對重力常量的定義、以及共核慣量守恒定律對萬有重力定律的整合統一,則請關註作者並翻看合集第六篇文章。

總之,力的新定義的前提是因為運動而產生力,或者說力是運動的衍生量,不是力促發物體運動或產生加速度,而是運動產生力,其運算式是共核慣量與核心距離比的推導量。

經典物理學定義力是物體與物體的作用,而共核慣量守恒定律下確定物體運動則具有力,物體與物體作用不會產生力,但會實作力的傳遞。

以核心為參照系下,宇宙所有天體或品質物體永恒的在繞一個核心或多個核心而作共核慣性運動,因此根本不存在靜止狀態的品質物體,而永恒的共核慣性運動使其具有運動力,因此運動力普遍存在而不會消失,當把運動力誤讀為重力後,重力自然也無處不在,也無法擺脫。

23.3 共核慣量守恒定律下的加速度新定義

在共核慣量的運算式中,當設定共核運動中確定軌跡點不受任何外作用時,就有確定的共核慣量與共核常量值,則加速度的概念就是:

確定位置點的共核常量與其核心距離平方比,等於該位置點的加速度。則加速度的運算式是:

(23.3.1)

因此,加速度也可以表述為: 共核運動中任意軌跡點瞬時速度平方與核心距離比。

在天體運動中,公轉、自轉和自由落體(拋體)運動都是共核慣性運動,因此其任意軌跡點的加速度叫做 重力加速度,其運算式是:

(23.3.2)

其中的q是確定的共核系的共核常量,而V是位置點的瞬時慣性公轉速度。

23.4 共核慣量守恒定律對牛頓第二定律的整合統一

顯然,共核慣量守恒定律與牛頓第二定律對加速度的定義是不同的,在牛頓第二定律下加速度是力作用下的結果,其定義是運動過程中一定時間內前後速度差,即:

(23.4.1)

那麽加速度這兩個不同定義是否能實作統一呢?

在因次上肯定是統一的,區別在於選定的參照系和慣性定義的不同:

牛頓第二定律是建立在牛頓第一定律基礎上,牛頓第一定律確定慣性具有兩種狀態,即靜止狀態和勻速直線運動轉態。

而在共核慣量守恒下,慣性狀態沒有靜止只有共核運動狀態,共核慣性運動是滿足任意時刻軌跡點的共核慣量守恒,共核常量恒等,確定了慣性運動與運動方式和路徑無關,它既可以是曲線運動,也可以是直線運動;既可以是勻速運動,也可以是變速運動;

例如:在自由落體運動中,物體下落過程中始終具有加速度,因此經典物理學認為物體一定受到了力的作用,這個力就是地球的重力;

而共核慣量守恒定律認為:自由落體運動是不受任何外力作用下的慣性運動,是品質物體保持共核慣量守恒下而趨近地心而作的共核慣性運動,它滿足任意時刻軌跡點上的共核慣量守恒,共核常量恒等,加速度是共核慣量守恒下的速度變化,這是不受任何外力作用的慣性運動。

例如:在地月系空間任意初始位置點的自由落體運動,都具有共核常量恒等方程式:

(23.4.2)

而在自由落體運動下落過程中,任意時刻軌跡點上也有共核常量恒等方程式:

(23.4.3)

這表示初始點的共核常量與任意時刻軌跡點的共核常量是恒等不變的,當運動物體的品質恒定,則共核慣量必然守恒,這是共核慣性運動的表征。

也就是說,物體作自由落體運動不是受到地球的重力作用,而是保持共核慣量守恒的漸近地心的共核慣性運動,而這種運動所具有的運動力,與經典物理學的重力大小相等,方向一致,只是被經典物理學誤讀為重力,因此重力的大小等於自由落體運動任意軌跡點的運動力。

在這裏,牛頓第二定律選定的參照系是地面,以牛頓第一定律定義慣性,因此自由落體運動具有加速度,按照經典物理學理論必然受到力的作用,為此虛構了地球重力來詮釋和論證其理論。

而共核慣量守恒定律選定的參照系是地心,自由落體運動具有加速度不是受到力的作用,而是保持共核慣量守恒下的速度變化,是不受任何外力作用下的自由慣性運動,品質物體透過作自由落體運動來實作其共核慣量守恒。

在水平直線運動中,共核慣量守恒定律認定其本質是繞地心的圓周運動,因為水平面的實質是海平面,水平線的實質是繞行地心的地面弧線或其平行弧線,這樣水平直線運動的實質是以地心為參照系的等地球半徑共核圓周運動,即圓周運動就是等核心距離的繞行運動,而非直線運動,直線運動只是錯覺誤解。

另一種直線運動是平行於自轉軸或位置點切線的直線運動,這可以看成是等軸距的共核運動。

這樣,牛頓第二定律與共核慣量守恒定律就實作了整合統一,即:

(23.4.4)

V為共核運動中任意軌跡點瞬時速度,R為其對應的核心距離。

對於勻速圓周運動、等軸距的直線運動、水平直線運動等都是等核心距離的共核運動,顯然,這些運動其任意軌跡點的運動力之比,等於其能量之比,這表明力與能量的關系,即有:

(23.4.5)

這表明,力與能是統一的,運動物體具有能量,必然具有力的作用效果,力是物體運動具有能量的一種表現形式。

當然,核心距離不等的共核慣性運動,依然可以推匯出能量與力的關系式,只是多了一個核心距離參量而已。

牛頓第二定律僅僅只適用於低速宏觀運動,其原因是在參照系選定、慣性定義、力的定義和加速度定義具有局限性,在共核慣量守恒定律下進行這些量的新定義,就實作了牛頓第二定律的普適性。