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牛顿三定律可能都不成立
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王飞cn
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牛顿运动定律(Newton's laws of motion)是由伊萨克•牛顿(Sir Isaac Newton)总结于17世纪并发表于《自然哲学的数学原理》的牛顿第一运动定律(Newton's first law of motion)即惯性定律(law of inertia)、牛顿第二运动定律(Newton's second law of motion)和牛顿第三运动定律(Newton's third law of motion)三大经典力学基本运动定律的总称。
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1楼
2011-01-24 10:49
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王飞cn
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但是随着人们对物体间相互作用的认识的发展,19世纪发现了电与磁之间的联系,建立了电场、磁场的概念;除了静止电荷之间有沿着连线方向相互作用的库仑力外,发现运动电荷还要受到磁场力即洛伦兹力的作用;运动电荷又将激发磁场,因此两个运动电荷之间存在相互作用。
物理学的深入发展,暴露出牛顿第三定律并不是对一切相互作用都是适用的。如果说静止电荷之间的库仑相互作用是沿着二电荷的连线方向,静电作用可当作以“无穷大速度”传递的超距作用,因而牛顿第三定律仍适用的话,那么,对于运动电荷之间的相互作用,牛顿第三定律就不适用了。运动电荷B通过激发的磁场作用于运动电荷A的力为 (并不沿AB的连线),而运动电荷A的磁场在此刻对B电荷却无作用力。由此可见,作用力在此刻不存在反作用力,作用与反作用定律在这里失效了。
实验证明:对于以电磁场为媒介传递的近距作用,总存在着时间的推迟。对于存在推迟效应的相互作用,牛顿第三定律显然是不适用的。实际上,只有对于沿着二物连线方向的作用(称为有心力),并可以不计这种作用传递时间(即可看做直接的超距作用)的场合中,牛顿第三定律才有效。
由此可知,现代物理否定的是牛顿的超距作用,如果忽略这个问题,牛顿定律还是实用的,因此,在现代物理学中,动量守恒定律、能量守恒定律与角动量守恒定律被认为相比牛顿定律更为普遍适用。
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2楼
2011-01-24 10:50
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王飞cn
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以上我们回顾了牛顿三定律的普遍看法,不难看出,即便肯定时间在力作用中存在的延迟,也不会动摇与之相关的动量守恒定律、能量守恒定律与角动量守恒定律。
大家因该注意到,牛顿三定律实际是经验的总结,是个统计学结论,由于理论面对的不是个别现象,因此,从有限物质运动规律中总结出来的理论总是显得不是很稳当,相反,洛伦兹力定律就单一现象给出结论,并仅仅用于定义电子在磁场中的运动规律,应用范围没有任何扩展,洛伦兹力定律是一个基本公理,不是从别的理论推导出来的定律,而是由多次重复完成的实验所得到的同样的结果。因此,在理论上,洛伦兹力定律比牛顿三定律更值得信赖。本文就是要立足更基础的洛伦兹力定律对牛顿三定律以及相关的理论进行剖析。
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3楼
2011-01-24 10:50
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王飞cn
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洛伦兹力定律的一个重要性质就是洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直。我们来分析一下图1所示的情况:
图1中,环形线圈通交流电,当电流方向为顺时针时,带正电荷的小球由B位向下运动到A位;当电流方向为逆时针时,带正电荷的小球由A位向上运动到B位。此两过程反复交替。
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4楼
2011-01-24 10:57
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王飞cn
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图1线圈中的电流方向为逆时针,小球在外部动力的作用下由A位向B位运动,此时小球受到的力是垂直其运动方向并指向左边;小球运动产生的磁场使得靠近它的线圈部分也同样受到洛伦兹力。当小球到达B处后,线圈中的电流改为顺时针方向,小球也开始由B向A运动,小球与线圈受力方向都与之前相同。抛开线圈受到的力偶不谈,整个系统在这样的往复运动中存在单向受力问题,也就是系统在没有外力的情况下可以改变自己的运动状态。
有人也许会认为上述力偶会令系统转动,导致小球受力方向不断改变,最终成为环形积分为0,也就是最后没有直线动能产生。笔者认为可以在线圈下部同样方式设置带电小球,这样它们的力偶就被平衡掉了(图2)。
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5楼
2011-01-24 10:58
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王飞cn
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还有一个问题,当线圈电流方向发生改变时,会产生互感现象,附近的正电荷会得到一个与原电流方向相同的力作用,从图1的情况看,小球靠近线圈时(A处)得到较大的感应力,且方向与我们希望的运动方向相反;在B处才获得向左的感应力(远离线圈,力较小)。如果这个互感力可以正好抵消之前的力作用,那么整个系统在一个完整的运动周期内就可以做到动量守恒。但是,常识告诉我们,要消除这个感应有多种办法,比如可以在线圈周围安装大量闭合线圈,可以消耗大部分的互感能量。另外,也可以在线圈周围做一导电壳体,当小球退回到A处时,小球与壳体融合,表面正电在壳体上均布,因此,互感不能成为一个单向力,见图2。
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6楼
2011-01-24 11:00
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王飞cn
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最后一个疑点,带电小球可能会与左右两竖直线圈边发生作用,这两个力都与小球图示的受力相反。其实这个担忧是多余的,因为如果存在这个问题,小球运动就不会存在洛伦兹力,但事实是有,另外他们距离越大,其作用力会呈指数下降,因此很容易消除。
由此可见,牛顿第三定律不仅仅是时间延迟的问题,上面讨论的问题如果属实,那么不仅仅破坏了牛顿的三个定律,而且,连动量守恒定律、角动量守恒定律,甚至能量守恒定律都可能被破坏,太空飞行也不再完全依赖物质的反向喷射提供的动力了,卫星修正变轨也变得轻松自如。
为了简化结构,可以在AB处放置空气电容的两个极板,中间用导线通交流电代替小球,从而使结构变得简单实用。
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7楼
2011-01-24 11:01
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llchlchl
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不久前我在科学吧里发表过共同推翻牛顿定律,那里有我推翻牛顿定律的详细解说。
8楼
2011-04-14 07:15
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潜水员编号482
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带电物体运动时需要参考麦克斯韦方程组,有洛伦兹变换,不能直接简单计算。
9楼
2013-01-24 08:13
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潜水员编号482
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之前说得太笼统,我们来重新敲定一下实验细节。上面那个小球除了受到线圈给的力,还受其它力的影响吗?重力?或者是什么其他的
10楼
2013-01-26 00:32
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潜水员编号482
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找到一篇文献
http://www.docin.com/p-449031195.html
11楼
2013-01-26 03:04
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潜水员编号482
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我想大概做一个总结。如果不考虑电磁场的动量的话,电磁相互作用的确不符合牛顿定律,至少是牛顿第三定律。传统科学的作法是加入电磁场的动量,这样0)不单单可以解决电磁相互作用与牛顿第三定律的佯谬/矛盾,1)还可以满足麦克斯韦方程组,2)又可以满足动量守恒定律(牛顿第三定律),3)而且可以解释光子的动量,4)自洽的。这其实是一个理论修正最好的结果了。
当然物理理论可以多种多样,我相信也存在满足0), 3),4)三点的其他理论,但是其代价就是需要重新建立麦克斯韦方程组和破坏动量守恒定律。鉴于这两套理论体系对于除上述矛盾之外几乎所有的客观现象有极为精确的描述,所以放弃这两个理论系统,再重新建立一套自洽的理论是极为困难而且不值得的。所以@王飞cn,我建议你莫钻牛角尖,接受一个可以解释实验结论、逻辑上自洽的、有效的理论修正,比全盘推翻要更有价值。
12楼
2013-01-26 12:17
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潜水员编号482
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看一下光压的应用。
http://baike.baidu.com/view/350657.htm
13楼
2013-02-04 15:03
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潜水员编号482
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不是都算了数量级一样了么,那你说电子受力多少?你不是承认洛伦兹力么?
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14楼
2013-02-04 23:41
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潜水员编号482
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以及你能不能调一下贴吧的设置?现在回复帖子都要输入验证码,很烦。
15楼
2013-02-06 06:06
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