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23 牛顿第二定律被共核惯量守恒定律整合,力的新定义与引力本质

2024-07-24科学

引言

开普勒周期定律、万有引力定律、牛顿第一定律、能量守恒定律、动量守恒定律、角动量守恒定律、以及这篇论述的牛顿第二定律,都是经典物理学非常重要的物理学定律,前面多篇文章已经逐一推导论证:这些定律要么是共核惯量守恒定律的推导式,要么是其特殊形式或其局域性定律。

总之,共核惯量守恒定律将这些定律整合或者说实现了统一,显示了共核惯量守恒定律强大内涵和普适性。

这篇文章重点论述共核惯量守恒定律下力的定义,从而更新与补充牛顿第二定律,让大家认识到:牛顿第二定律仅是共核惯量守恒定律下选择不同参照系而成立的局域性定律,这也是经典物理学为什么仅仅适用于宏观低速运动的原因。

在共核惯量守恒定律下确定了力的新定义,并扩展和补充牛顿第二定律后,它将适用高速微观运动学,成为一个普适定律。

同时分述了共核惯量守恒定律下运动力概念,再次全面诠释了引力的本质和引力的多种计算法。

23.1 共核惯量守恒定律的内容与理解

一切运动都是以一个点(轴)为核心参照系的共核运动,在不受任何外作用下质量物体将作永恒的共核运动,且其任意时刻轨迹点上的共核惯量守恒,这就是 共核惯量守恒定律

共核运动中参照系的点(轴)叫做 核心, 物体质量、核心距离与速度平方的乘积叫做 共核惯量,共核惯量的表达是:

(23.1.1)

在不受外作用下确定的共核系内,把满足任意时刻轨迹点上共核惯量守恒的共核运动,称为 共核惯性运动;

在共核惯性运动中,任意时刻轨迹点上核心距离与速度平方的乘积恒等于一个常量q,叫做 共核常量。

在独立共核系的天体运动中,公转、自转和自由落体(抛体)运动都是共核系中不同形式的共核惯性运动,因此任意轨迹点的共核惯量守恒,共核常量恒等,这样有 天体运动的共核常量恒等方程 (附参数量纲表(23-1-1):

(23.1.2)

(23-1-1)

共核常量恒等方程的第一项叫作 公转常量; 第二项是 自由落体常量; 第三项是 自由抛体常量; 第四项是 自转常量; 第五项是 开普勒常量; 第六项是 引力质量常量;

这是天体运动中不同形式的共核常量表达式,通过共核常量恒等方程,可以非常方便的计算出天体运动的各个参数,如(23-1-2)是地月系共核常量方程参数表:

(23-1-2)

对于共核惯量守恒定律的理解,要从以下几个方面来分述:

一是确定了以定点或定轴为核心的参照系, 这完全放弃经典物理学相对静止的参照系,即:

宇宙中的一切运动都可以确定为相对一个点或轴为参照系的运动,这个点(轴)就叫做 核心 ,质量物体到核心的距离就叫做 核心距离。

二是把宇宙所有运动形式都归结共核运动:

天体公转是相对于一个虚点的周期环绕运动;

天体自转是相对于一虚轴的周期旋转运动;

自由落体运动是趋近一个虚点的向心运动;

自由抛体运动是远离一个虚点的离心运动;

螺线运动是绕轴的上升或下降的环绕运动;

所有旋转运动要么是绕轴运动,要么是绕点运动;

水波、声波、电磁波等波动都是以震荡点为核心的离心环绕运动;

绳子震荡等震动波是以虚轴为核心的上下周期渐进震动;

直线运动是平行于虚轴的等核心距离平移运动;

水平直线运动中的水平面是海平面,水平直线是水平弧线,地球上的水平直线运动的实质是绕地心的等地球半径的圆周运动。

总之,宇宙一切运动的参照系不再需要去选定相对静止的参照系,而是把相对同一核心(点或轴)作共核运动的质量物体统称 共核系

三是明确共核系中的共核惯性运动:

在一个确定的共核系中,只要找到这个核心(点/轴),那么就可以确定统一的参照系,这样:

以同一个核心运动的所有质量物体,就构成 共核系。

因此,以不同核心参照将构成不同的共核系,例如:

月球与地球上的一切物体都是以地心(轴)作公转或自转运动,包括自由落体(抛体)运动等,这就是 共核地月系, 同理有土卫共核系、木卫共核系等等;

而所有行星与太阳运动都是绕日心(轴)的运动,构成 共核太阳系 等等。

同时,明确月球自转共核系为卫星共核系,它是地月共核系子系;而地月共核系是行星共核系,它是共核太阳系子系;而共核太阳系是恒星共核系,它是银河共核系的子系等等。

各个子系除保持其自身共核惯量守恒外,同时各个子系也同时保持其父系和祖系的共核惯量守恒,因此月球自转的同时能绕地心公转,同时也能绕日心公转和银心公转,因为月球具有多重共核系的共核惯量守恒,以此保持其在天体位置的相对稳定,这就是 天体运动的基本法则。

天体运动中,不同共核系有不同的共核常量值,如图表(23-1-3)

(23-1-3)

而关于共核惯量守恒定律与牛顿第一定律中对惯性的不同理解,请关注作者并翻看合集第二篇文章。

23.2 力的新定义与引力本质

共核惯量守恒定律下共核惯量表达式中:

(23.2.1)

这表示共核惯量是共核运动中物体质量和其运动轨迹点上的核心距离及瞬时速度平方的三个量的乘积。

如果共核运动是共核惯性运动,则其任意轨迹点上的共核惯量守恒;如果是非共核惯性运动,则任意轨迹点上的共核惯量不一定守恒,但是确定轨迹点上有确定的瞬时共核惯量值。

若设定确定的一个轨迹点瞬时不受任何外作用,则其轨迹点的瞬时共核惯量就是确定值,则其共核常量也有确定值,那么该位置点就有确定的运动力,运动力的定义是:

当设定共核运动中确定轨迹点不受任何外作用时: 该位置点的共核惯量与其核心距离平方的比值,就是该位置点运动力大小,则运动力表达式是:

(23.2.2)

在天体运动中,公转、自转和自由落体(抛体)运动都是共核惯性运动,其任意轨迹点的共核惯量守恒,共核常量恒等,因此在共核惯性运动中,运动力与质量成正比,与核心距离平方成反比。

在不同形式的天体共核惯性运动中,利用共核常量恒等方程,可以推导其任意轨迹点运动力大小,这样就有多个计算表达式,即:

(23.2.3)

最后一项就是万有引力定律表达式,这表示万有引力定律只是天体运动中运动力计算式中的一个,万有引力实质是天体共核惯性运动中所具有的运动力,是共核惯性运动的衍生力,是共核运动具有能量而本身具有的动力。

必须明确:经典物理学中超距的质量引力是不存在的,虚构的引力因为与运动力大小相等,方向一致而被误读,因此引力的施力物体是共核运动的质量物体本身,而否超距的外在地球(天体或质量物体)所施加,这就是 引力的本质。

因此,对于引力的计算,根据天体共核惯性运动的不同形式,利用共核常量恒等方程和共核常量值,可以进行多种形式的简易计算,完全可以抛弃万有引力定律繁琐的计算法。

而要理解运动力与万有引力的关系、共核惯量守恒定律下对引力常量的定义、以及共核惯量守恒定律对万有引力定律的整合统一,则请关注作者并翻看合集第六篇文章。

总之,力的新定义的前提是因为运动而产生力,或者说力是运动的衍生量,不是力促发物体运动或产生加速度,而是运动产生力,其表达式是共核惯量与核心距离比的推导量。

经典物理学定义力是物体与物体的作用,而共核惯量守恒定律下确定物体运动则具有力,物体与物体作用不会产生力,但会实现力的传递。

以核心为参照系下,宇宙所有天体或质量物体永恒的在绕一个核心或多个核心而作共核惯性运动,因此根本不存在静止状态的质量物体,而永恒的共核惯性运动使其具有运动力,因此运动力普遍存在而不会消失,当把运动力误读为引力后,引力自然也无处不在,也无法摆脱。

23.3 共核惯量守恒定律下的加速度新定义

在共核惯量的表达式中,当设定共核运动中确定轨迹点不受任何外作用时,就有确定的共核惯量与共核常量值,则加速度的概念就是:

确定位置点的共核常量与其核心距离平方比,等于该位置点的加速度。则加速度的表达式是:

(23.3.1)

因此,加速度也可以表述为: 共核运动中任意轨迹点瞬时速度平方与核心距离比。

在天体运动中,公转、自转和自由落体(抛体)运动都是共核惯性运动,因此其任意轨迹点的加速度叫做 重力加速度,其表达式是:

(23.3.2)

其中的q是确定的共核系的共核常量,而V是位置点的瞬时惯性公转速度。

23.4 共核惯量守恒定律对牛顿第二定律的整合统一

显然,共核惯量守恒定律与牛顿第二定律对加速度的定义是不同的,在牛顿第二定律下加速度是力作用下的结果,其定义是运动过程中一定时间内前后速度差,即:

(23.4.1)

那么加速度这两个不同定义是否能实现统一呢?

在量纲上肯定是统一的,区别在于选定的参照系和惯性定义的不同:

牛顿第二定律是建立在牛顿第一定律基础上,牛顿第一定律确定惯性具有两种状态,即静止状态和匀速直线运动转态。

而在共核惯量守恒下,惯性状态没有静止只有共核运动状态,共核惯性运动是满足任意时刻轨迹点的共核惯量守恒,共核常量恒等,确定了惯性运动与运动方式和路径无关,它既可以是曲线运动,也可以是直线运动;既可以是匀速运动,也可以是变速运动;

例如:在自由落体运动中,物体下落过程中始终具有加速度,因此经典物理学认为物体一定受到了力的作用,这个力就是地球的引力;

而共核惯量守恒定律认为:自由落体运动是不受任何外力作用下的惯性运动,是质量物体保持共核惯量守恒下而趋近地心而作的共核惯性运动,它满足任意时刻轨迹点上的共核惯量守恒,共核常量恒等,加速度是共核惯量守恒下的速度变化,这是不受任何外力作用的惯性运动。

例如:在地月系空间任意初始位置点的自由落体运动,都具有共核常量恒等方程:

(23.4.2)

而在自由落体运动下落过程中,任意时刻轨迹点上也有共核常量恒等方程:

(23.4.3)

这表示初始点的共核常量与任意时刻轨迹点的共核常量是恒等不变的,当运动物体的质量恒定,则共核惯量必然守恒,这是共核惯性运动的表征。

也就是说,物体作自由落体运动不是受到地球的引力作用,而是保持共核惯量守恒的渐近地心的共核惯性运动,而这种运动所具有的运动力,与经典物理学的引力大小相等,方向一致,只是被经典物理学误读为引力,因此引力的大小等于自由落体运动任意轨迹点的运动力。

在这里,牛顿第二定律选定的参照系是地面,以牛顿第一定律定义惯性,因此自由落体运动具有加速度,按照经典物理学理论必然受到力的作用,为此虚构了地球引力来诠释和论证其理论。

而共核惯量守恒定律选定的参照系是地心,自由落体运动具有加速度不是受到力的作用,而是保持共核惯量守恒下的速度变化,是不受任何外力作用下的自由惯性运动,质量物体通过作自由落体运动来实现其共核惯量守恒。

在水平直线运动中,共核惯量守恒定律认定其本质是绕地心的圆周运动,因为水平面的实质是海平面,水平线的实质是绕行地心的地面弧线或其平行弧线,这样水平直线运动的实质是以地心为参照系的等地球半径共核圆周运动,即圆周运动就是等核心距离的绕行运动,而非直线运动,直线运动只是错觉误解。

另一种直线运动是平行于自转轴或位置点切线的直线运动,这可以看成是等轴距的共核运动。

这样,牛顿第二定律与共核惯量守恒定律就实现了整合统一,即:

(23.4.4)

V为共核运动中任意轨迹点瞬时速度,R为其对应的核心距离。

对于匀速圆周运动、等轴距的直线运动、水平直线运动等都是等核心距离的共核运动,显然,这些运动其任意轨迹点的运动力之比,等于其能量之比,这表明力与能量的关系,即有:

(23.4.5)

这表明,力与能是统一的,运动物体具有能量,必然具有力的作用效果,力是物体运动具有能量的一种表现形式。

当然,核心距离不等的共核惯性运动,依然可以推导出能量与力的关系式,只是多了一个核心距离参量而已。

牛顿第二定律仅仅只适用于低速宏观运动,其原因是在参照系选定、惯性定义、力的定义和加速度定义具有局限性,在共核惯量守恒定律下进行这些量的新定义,就实现了牛顿第二定律的普适性。