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谁能解释以下实验中能量不守恒现象?

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發表於 2014-7-19 11:33:43 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
打破能量守恒的利器——自行车

一、惯性的本质与成因:
实验一:
用同样大小的力投掷网球与牙签,网球飞出的距离要远得多。
根据能量守恒定律,人工付出的能与网球或牙签得到的动能应该相等。这与实验结果不符。难道付与牙签的能量凭空消失了一部分?还是付与网球的能量凭空多出来一些?
实验二:
第一步,在一个2米长的等臂杠杆的阻力端放个苹果,动力端放个比苹果略重的砝码。砝码下沉0.5米至地面,阻力端的苹果缓慢上升0.5米。第二步,找一个4米长的杠杆,动力臂与阻力臂之比为4:1, 砝码下降相同的高度,苹果迅速飞离了杠杆。
根据能的公式E=1/2mv2 砝码做的功相同,苹果在得到的动能却不一样。
根据杠杆原理,第一步F1×S1=F2×S2, 第二步F1×S1<F2(4F1)×S2(>1/4S1) 砝码的动力F1消失后,苹果继续飞行的力F2并消失,传统的解释是:运动不需要力来维持。其实,只要苹果在动,就有动力F2,只是F2在逐渐减小。
要解释清楚以上现象必须要从物体的惯性说起。
我的定义:物体的惯性(准确地讲应该叫动能)其实是重力产生的。
牛顿力学认为,物体运动本身不耗能。动力只是改变其运动状态。
但更为合理的解释是:物体都具有重力,重力大于阻力时,重力就会对外做功。物体在外力的作用下,重力大于阻力的条件得到满足,开始对外做功直到阻力再次大于重力为止。因此,物体运动的动能实际上是重力提供的,外力只是为其去除阻力。所以说物体运动不是不耗能,而是消耗的能被重力不断地补充。又因重力永恒,产生的动能就有无限大的效果(阻力小于重力的情况下),所以给了人们运动不耗能的错觉。再举个例子:无论用多大力扔羽毛都扔不远。只因羽毛的重量都都浮力抵消得差不多了。
二、杠杆是省力还增加力:
实验三:
以自行车为例,用双脚架将自行车的后轮悬空架稳,以F1(5kg)的力踩自行车一脚(该力移动距离S1为0.5m),后轮旋转一段时间后停止。(杠杆比例为5:1) 为计量精准,人踩可以换成5kg的铁球从0.5m高的位置落下。
力学分析:
后轮重量以5kg计算,后轮产生的阻力F3=0.25kg为后轮重量的1/20(滚动摩擦系数为1/20)。
人力付出的能W=F1×S1=5kg×0.5m=0.25J
根据杠杆原理,F1×S1=F2×S2,后轮得到的动力F2=5kg×5=25kg(杠杆比例5:1,F2放大5倍), S2=0.25/25=0.01m。
但这个等式只有在F2=F3(即F2被F3耗完与F1同时消失)的情况下成立。如果F3(0.25)<F2(25), S2就会增大为S3。
F1的力传递给F2后,F2并不消失,直至阻力F3累加至F2等值大小时为止。
实验目测表明,动力F2在移动距离S2(0.01m)后并未消失,而是一边以0.25kg的大小衰减,一边移动了比S1大得多的距离S3后停止。
F2=F2+∑i(i=50-0.25),  S3=S2×N(倍)   (粗略地计算)
这样一来,得到的能W=F2×S3远远大于付出的能W=F1×S1。实验表明杠杆既省了力,又省了距离。或者说,杠杆加滑轮不是省了力,而是扩大了力,或是说扩大了能。
杠杆原理只有在将后轮当作石头,重量=25kg且没有滑轮的情况下成立。简单地说就是一步到位地将力用完的情况下才能成立。只要阻力小于动力,重力就会默默地做功。
打个比方便于理解:重力就像银行,外力是本金,阻力是税收,动能是利息。只要本金还没被税收扣完,银行没倒闭(重力没消失),利息就会不断地产生并累加下去。
实验四:
将自行车脚踏板的横杆延长2倍(杠杆比例为10:1)。同样以5kg的力踩自行车一脚(该力移动距离为0.5m),后轮旋转的时间却比实验三要长一倍以上。说明同样的付出,所得动能却大得多。
因为后轮得到的动力F2比实验三更大,而阻力没变。后轮的重力可以更长久地做功。自然会取得更多的动能。
通过以上实验证明能量守恒只有在一定的条件下才能成立。
三、怎样利用重力对外做功:
实验五:
还是以自行车为原型,用双脚架将自行车的后轮悬空架稳,将后轮改造成一个大铁轮(配重轮)。再将自行车脚踏板的横杆延长20倍(杠杆比例为100:1),并用弹簧支撑杠杆,以便上下来回压迫杠杆做往复运动。用一个小功率的电动机装上凸轮,启动旋转,凸轮每旋转一周推动一次杠杆动力端。大铁轮与一个大功率的发电机(功率是小电机的2倍即阻力是动力的2倍)同轴相连。小电机产生的动力算作1, 通过杠杆扩大100倍,传递给大铁轮(重力算作100,阻力为5)与大电机(阻力为2)。通过这样的装置,动力与阻力之比从传统的1:1演变成了100:7。大电机的运转主要靠大铁轮的惯性(重力能),等大铁轮慢下来以后,小电机通过凸轮间歇式对大铁轮加速。大铁轮虽然时快时慢地驱动大电机,但速度变化在1/90左右,不构成影响。
四、未了之事:
在发现了重力(无限)是动能之源后,牛顿力学的所有理论都应该重新整理和完善,比如:力与能概念的百年之争,势能是有限能还是无限能?具体请参看我的上一篇投稿《牛顿力学之升级版》。最后完成这一巨大工程还需要所有科学精英的共同努力。
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