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文檔簡介
1、經典力學的基本是牛頓的運動定律,引力定律灌輸人們對牛頓物理學的尊敬。著名的物理學家楊振寧這樣稱贊道?!叭绻欢ㄒ涯橙撕湍骋惶熳鳛楝F(xiàn)代科學誕生的象征,我選擇牛頓自然哲學的數學原理在1687年出版的那一天?!毕袼锌茖W一樣,它沒有所有的真理,也有自己的局限性。像所有科學理論一樣,“未完成的交響曲”,那么古典力學在什么范圍內適用呢?有什么限制呢?1.從低速到高速。例如:在無限平滑的水平面上有質量為m的物體,在水平恒定力f的作用下從靜止開始運動。根據牛頓第二定律,物體以加速度a=F/m均勻執(zhí)行加速度直線運動??梢酝ㄟ^運動學公式知道:物體的速度v=at,推理:隨著時間的推移,物體的速度會增加,最終得到
2、隨機速度。但事實并非如此。常識告訴我們,物體運動的速度是有限的,現(xiàn)在已知的最大速度是光速,現(xiàn)在也不能讓物體超過這個速度,用經典力學解不開。這是什么原因?是經典力學的錯誤嗎?愛因斯坦在狹義相對論中解釋接近光速的物體所遵循的規(guī)律時,得出了與經典力學不同的觀念和結論。1.在經典力學中,物體的質量不會隨著運動狀態(tài)而變化,而特殊相對論則表明物體的質量隨著物體運動速度的增加而增加,即(1)在v08c中,物體的質量增加了大約為靜止質量的17倍,此時經典力學不再適用(2)地球以v30kms的速度公轉太陽,其質量很小,可以忽略不計。經典力學充分適用。質量速度關系,說明m0是靜止質量,m是物體速度為v時的質量,c
3、是真空中的光速,2,運動的物體具有相對性質,與靜止物體相比,質量不僅要改變,沿運動方向的長度和時間都要改變。1971年年八月的一天,前蘇聯(lián)飛行員偶然“入侵”古埃及,這將有助于理解其相對論。他在金字塔最早建立的1982年,一位北約飛行員在飛行訓練中看到數百只恐龍出現(xiàn)在視野中,偶然來到史前非洲。1970年,一架272客機在飛往邁阿密國際機場的途中,也無緣無故“失蹤”了10分鐘,客機再次出現(xiàn)在原來的地方。失蹤的瞬間,專家們唯一的解釋是時間“停止”,時間和空間是什么?時間和空間是什么?2,宏觀對微觀,19世紀末到20世紀初依次發(fā)現(xiàn)電子、質子、中子等微粒子,不僅粒子性、面、可變性,他們的運動規(guī)律還不能用
4、經典力學解釋20年代,建立了量子力學,可以準確地描述微粒子運動的規(guī)律性,在現(xiàn)代科學技術中發(fā)揮了重要作用,經典力學一般來說。相對論和量子力學的出現(xiàn)表明,人類對自然有更廣泛、更深入的認識,但并不意味著古典力學失去了意義。只讓我們意識到經典力學有它的應用范圍:僅適用于低速運動,不適用于高速運動,僅適用于宏觀世界,不適用于微觀世界。討論和交流,3,從弱重力到強重力,重力可以利用重力定律說明天體的運動,預測和發(fā)現(xiàn)海王星和冥王星,首次統(tǒng)一了天上星星的運動規(guī)律和地上物體的運動規(guī)律,但宇宙中有質量接近太陽,半徑接近地球,因此1081010kg/m3密度高的白矮星等天體;中子星的密度達到1016 1019千克/
5、m3。這個天體表面的重力比我們常見的重力更強,牛頓的引力理論不再合適。根據牛頓的引力定律,行星的運動可以解釋橢圓、圓、行星沿其橢圓或圓周期性運動,與實際觀測不一致的經典力學,但對水星的實際觀測比經典力學的預測值要多的經典力學的解釋不能滿足于愛因斯坦根據一般相對論計算水星的近海點也能有43的附加值這一事實。經過太陽附近時發(fā)生等角現(xiàn)象的話,觀測確認,討論和交流,1,實際的天文觀測,行星的運行軌道是否嚴格關閉,近日點繼續(xù)成為經典力學,這一解釋令人滿意嗎?用什么理論圓滿地解釋了?假設球形天體的質量恒定,通過壓縮減小其半徑,那么天體表面的重力會增加,其半徑會減少到原來的二分法,重力會增加四倍。這通常是“
6、平方反比”定律。愛因斯坦的引力理論表明,這種力實際上增加得更快。天體半徑越小,這個差異就越大。重力無限時,接近壓縮天體半徑的值“重力半徑”,在太陽或行星的引力場中,愛因斯坦和牛頓理論計算出的力的差異并不大,但當天的實際半徑接近重力半徑時,差異急劇增加。也就是說,在強重力的情況下,牛頓的引力理論不再適用,交流,2,天體的重力半徑是什么?英國劇作家伯納德肖(Bernard shaw)對科學發(fā)展過程說:“科學總是從正確走向錯誤”的詼諧語氣也是幽默的表現(xiàn),討論和交流,討論和交流,第三,歷史上的科學成就和新的科學成就有什么關系?歷史上的科學成就不是被新的科學成就否定的,而是作為特定條件下的部分情況,列入了新的科學成就。例如,當物體的速度遠小于光速c(3x 108毫秒)時,相對論與經典理論的結論沒有區(qū)別。如果另一個重要常數普朗克常數h(663X10-34Js)不區(qū)分時間的量子力學和經典力學的結論不是否定過去科學,而是認為過去科學是在特定條件下自己的特殊情況,那么相對論和量子力學是什么更廣泛的理論的特殊情況呢?我們還不知道。“討論和交流,
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