等效.ppt

1、等效,-没那么简单,PB03203194 张锴,物理的美,无数的科学家谈论物理学的美，但他们的理解太深刻，太高深，不是我们可以轻易体会得到的。但物理是美的，她也可以美得 不那么高傲,物理的美,暂时放开对称，忘记守恒， 看看等效给我们带来什么。,神奇的2一视同仁的参考系一座桥,神奇的,2,神奇的2 （a）,考虑引力作用，一个球体等效于质量集中于球心的质点。证明如左。,？,可这有什么用呢？ 从一个体到一个点，从一个点到一个体，我们的眼睛可以更加开阔了。,神奇的2 （a）,学物理的不会没有听说过宇宙大爆炸模型。用我们的结论，就可以化大为小。,神奇的2 （a）,讨论一个均匀各向同性的膨胀着的宇宙模型。

2、O是任一个观察者，P是某个星系，视其为质点。OP=R（t）虽宇宙的膨胀而增大。P所受的的引力相当于半径为R的球内质量集中在球心O时产生的引力。R， 随时间变化，而M不变，按牛顿第二定律，我们有这表明，本问题与如下问题是等效的：质量为M的指点道中心的距离为R，沿径矢朝外发射。这样我们就可以用机械能守恒，利用势能曲线等我们熟悉的工具分析问题了。可以得出宇宙年龄的上限等结论。我们的思想通过一个简单的跳板飞向了宇宙。,R（t）,P,O,V,神奇的2 （b）?,左图三角形对其内心处质点的引力是多少呢？普通的积分方法当然可以搞定，但我们可以另辟蹊径。,神奇的2 （b）,如左图，线段与一段圆弧引力等效，则我

3、们的问题可以简化为一个圆对在圆心的质点的引力多大。答案显然。,神奇的2 （c）,动能的表达式可以写成分量和的形式，也就是说就动能而言，物体等效其沿沿两垂直方向分别运动。速度的矢量性质抹去。这背后便是2的神奇了。因为正是动能与速度的平方成正比让其变得这么简单。,背后的话,以上的推导都是运用的平方正比或是平方反比。引力的与距离的平方反比让球壳对其内的质点无引力作用，让均匀球的引力作用相当于质量集中在球心，让一段直线的引力相当于一段圆弧。联想到数学中距离公式的平方性质，和引力的几何形，让人不得不觉得有十分深刻的联系与设计，一种不可言语的和谐与美，让人不得不惊叹自然的神奇。而动能的分量性又体现着一种分

4、离，分分合合，这本就是物理的规律吗！,背后的话,我相信物理的美，所以对书上的所谓科学的结论如“在10的-xx误差范围内验证指数是2”很恼火。我不相信上帝会用1.99999.来愚弄人类，而是用2来告诉我们这宇宙的奇妙，甚至是表明他自己。科学不完全是理性，否则爱因斯坦怎么会对大统一如此执着呢？,一视同仁的,参照系,一视同仁的参照系,当我们终于学完了微积分，欢喜的想着数学工具又强劲了许多时，不小心听到已经在国外的牛人的忠告- 学过的数学/数学 趋近于0 -顿时倒地。 但物理不是数学，我们甚至可以用一些定性的方法得出定量的结果。,一视同仁的参照系,要一个数学系的证明相同物体对撞交换速度，他会怎么做？

5、算！ 但只告诉你实验结果是小球撞静止小球交换速度，你能怎么算？,一视同仁的参照系,我们是学物理的，我们懂等效。在K参照系中观察到速度为v小球撞静止小球交换速度等效于沿小球运动方向作速度为V的运动的参照系中什么现象呢？,一视同仁的参照系,显然是速度为V-v的球撞速度为v的球交换速度啰。则由v和V的任意性可知两相同小球完全弹性对撞交换速度。 这才是物理！,一视同仁的参照系,不过，就是这样简单的道理让一个伟大的人被活活烧死-,一视同仁的参照系,不管其他物体，一物体围绕另一物体作圆周运动等效于另一物体绕此物体做圆周运动。稍加解释，十岁小朋友也能明白。但十岁小朋友看天空时,如果他聪明的发现太阳和月亮在运

6、动，又如果他爸爸耐心的告诉他那在天球上是圆周运动，他一定会高兴的说：“原来太阳是绕着地球转的。”,一视同仁的参照系,我们当然可以容忍一个十岁的小朋友说这样的话，因为我们都曾经年轻。这个例子也许有点不恰当，但为什么布鲁诺，哥白尼之前的那么多博学的科学家没有想到如果地球绕太阳转会让他们的天球模型大大简化让人觉得不可理解。 人还真是奇怪。,一视同仁的参照系,布鲁诺和哥白尼挡住了太阳，推动了地球。而爱因斯坦则挡住了所有的不同，用引力与加速度的等效让世界没有了优先。,背后的话,参照系变换所带来的等效代表着平权，这让我们没有优越感，只能在自然面前感叹自己的渺小。而这平权又预示着对称，物理学的美就又一次以一

7、种连贯的形式体现在我们面前。,一座,桥,温度是如何定义的？,温度表征分子平均动能的大小。 直观结论就是运动的物体温度高，也就是说物体的速度等效于温度。这就成了连接力学和热学的桥梁。两者的理论结果的相互应用，可以得出一些很惊人的结论。,一座桥,考察一个自引力系统，比如地球和月亮。对月亮作功，则其轨道将会变化，由力学知识可知其将在离地球远一些的轨道上稳定。而在这轨道上其平均速度是低于其原来轨道的，证明如右。则此系统吸收能量温度降低，放出能量温度升高。在热学上认为其具有负比热。,一座桥,膨胀的宇宙也是一个自引力系统。热学上已经证明负比热系统没有稳定态，也就是说宇宙没有稳定态，由热力学第二定律而产生的

8、“热寂说”前提就错了。我们的思想又一次以一个简单的跳板飞向了宇宙。,一座桥,这种等效促使我思考一个问题，什么是能量。从定义上来看，引力势能是用作功定义的，而机械能则更具有“力性”，热能也是分子的势能和动能之和，这不能不让我觉得能量就是我们所规定的一种度量。跳出我们的感觉，仿佛所有的动能，势能，化学能，生物能都是一种速度的变相表示。但看到 又有一些另外的感觉。C是一个常量，E只与质量有关，能量又换了一个面目。直觉的觉得其中有很深刻的内涵，但现在懂的太少，思想也不够深刻。只好引用费曼的一句话：“作为科学家，我们知道伟大的进展都源于承认无知，源于思想的自由。” 无知并不可怕，而不愿承认无知才是人类的噩梦。感谢有这样一个机会让我们发现自己的无知。,结语,当我们抛开了物理题目的繁琐计算，而畅游在精妙的物理思想中的时候，真的会察觉到她的美。这不是世俗的美，不是简单的让我们获得视觉享受，而是一种惊叹，觉得小小星球上的我们居然能对我们所存在的世界有如此的了解，就是等效这小小伎俩就已经让人觉得心旷神怡。物理的魅力，那促使无数人为她耗尽终生甚至失去生命的魅力，也将会激励和吸引我们继续前人的事业。,参考书目,力学 杨维纮新概念物理学 力学 赵凯华 罗蔚茵 引用摘自 费曼科学的价值,