能量與力的聯(lián)系

能量與力的聯(lián)系摘要：能量和力相對(duì)產(chǎn)生，兩者之間的相互轉(zhuǎn)換，是一對(duì)缺一不可的有機(jī)整體。能量和力通過(guò)做功來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本文將針對(duì)廣義力、場(chǎng)、及微觀粒子作用闡述能量和力之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。關(guān)鍵詞：能量廣義力場(chǎng)0引言地球表面物體間通?？梢蕴幱诮粨Q平衡靜止?fàn)顟B(tài)，要使某一物體移動(dòng)，就需要對(duì)其施力（即交換能量）或能量變換轉(zhuǎn)化。實(shí)際上地面物體機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)也是如此，外加力矩或消耗內(nèi)能等轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)能量，所加的外力矩或內(nèi)能等足夠抵消內(nèi)能等消耗，就能維持轉(zhuǎn)動(dòng)。1機(jī)械交換作用首先、牛頓力學(xué)第三定律的作用與反作用實(shí)際上是受力物體與施力物體間能量交換，是受力物體得到動(dòng)能，并以其它能量交換給施物體的表達(dá)式。這正是作用與反作用量值相等、方向相反、作用在不同物體上的本質(zhì)所在。其次、假如受力物體得到動(dòng)能，其動(dòng)能改變量對(duì)位移量之比定義為牛頓力。那么F=dE/dl=dmu2/dl=dmu/dt=dp/dtp=mu為動(dòng)量。這是牛頓第二定律表達(dá)式。還可以擴(kuò)大為動(dòng)能改變量對(duì)角移比值定義為力矩。M=dE/d0=dmu2/d0=dmr2w2/d0=dJw/dt=dN/dtN=Js為角動(dòng)量，J=mr2為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，廣義的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J=kmr2。第三、當(dāng)F等于零時(shí)，速度等于零或常數(shù)，即保持靜止或勻速直線(xiàn)的慣性運(yùn)動(dòng)，為牛頓第一定律。M等零時(shí)，角速度等零或常數(shù)，即靜止或勻角速度或r2s為常數(shù)的螺旋運(yùn)動(dòng)。這里要害問(wèn)題是能量交換必需有一方得到動(dòng)能，假如雙方交換能量而沒(méi)有任何一方獲得動(dòng)能又如何呢，它只是不產(chǎn)生氣械運(yùn)動(dòng)的相互作用或機(jī)械平衡狀態(tài)。能量交換方式不同所形成物體運(yùn)動(dòng)方式也不同，最基本的有原子核重粒子間強(qiáng)交換作用，輕粒子間弱交換作用，輕重粒子間電磁交換作用。原子、分子間交換電磁作用（甚至粒子存在小粒子交換作用，它是實(shí)物不同物態(tài)、化學(xué)、生命產(chǎn)生的根本），粒子和實(shí)物間交換作用，實(shí)物間交換作用，天體和實(shí)物間重力作用，天體間萬(wàn)有引力作用等不同級(jí)別交換。牛頓力學(xué)研究最多的是實(shí)物體間與實(shí)物天體間交換作用，并引起受力物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化。這類(lèi)實(shí)物體之間作用主要是重力作用、摩擦作用、彈性（推、拉、壓、舉、碰撞等）作用，可以用牛頓力學(xué)描述。宏觀物體或機(jī)械是由大量不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的粒子組成的，通常情況處于交換平衡的相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，只有外加作用力下才發(fā)生平動(dòng)或外加力矩下轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦處于直線(xiàn)平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若能全部解除所有作用力，那么就能保持其直線(xiàn)平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即所謂慣性，如牛頓力學(xué)描述。作用力只是能量交換的兩方面中可以產(chǎn)生動(dòng)能改變量的一個(gè)方面。對(duì)于沒(méi)有產(chǎn)生動(dòng)能改變量的交換，不在牛頓力學(xué)范圍里討論。液體內(nèi)分子或粒子通過(guò)（電磁）場(chǎng)質(zhì)交換而聯(lián)系成體的。固體內(nèi)分子或粒子通過(guò)更小殼粒或粒子交換聯(lián)結(jié)成體的。固體或液體可通過(guò)加熱或其它辦法氣化，并產(chǎn)生體積膨脹，推動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)。分子粒子和實(shí)物體交換作用，尤其固體或液體加熱氣化的體積膨脹（包括蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、噴氣機(jī)等）引起對(duì)物體作用或作功，構(gòu)成機(jī)械動(dòng)力，可以用熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)化（變換）和趨勢(shì)描述。2場(chǎng)質(zhì)趨勢(shì)作用實(shí)物體是以渦旋運(yùn)動(dòng)成形為基礎(chǔ)的，四周存在引力場(chǎng)質(zhì)、磁場(chǎng)質(zhì)、電場(chǎng)質(zhì)等。若實(shí)物體兩側(cè)場(chǎng)質(zhì)重疊而出現(xiàn)不平衡或不對(duì)稱(chēng)時(shí)，就會(huì)在場(chǎng)質(zhì)趨勻平衡趨勢(shì)中促使或推動(dòng)實(shí)物體移動(dòng)，即場(chǎng)質(zhì)趨勢(shì)的作用。實(shí)物體不同側(cè)四周電場(chǎng)質(zhì)或磁場(chǎng)質(zhì)重疊出現(xiàn)不平衡，也同樣在平衡趨勢(shì)中推動(dòng)實(shí)物體移動(dòng)，是另兩類(lèi)場(chǎng)質(zhì)趨勢(shì)作用。電是粒子（原子核、原子、分子等）破裂時(shí)產(chǎn)生的交換不平衡或加速場(chǎng)質(zhì)狀態(tài)的現(xiàn)象，帶電體運(yùn)動(dòng)可產(chǎn)生磁環(huán)或渦旋環(huán)場(chǎng)質(zhì)狀態(tài)的現(xiàn)象，這些帶電磁物體四周或兩側(cè)場(chǎng)質(zhì)疊加出現(xiàn)不平衡，就會(huì)推動(dòng)此物體運(yùn)動(dòng)，即電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。反之機(jī)械交換作用于某些電磁體也會(huì)產(chǎn)生電流或電磁場(chǎng)質(zhì)。電磁應(yīng)用于電力和電訊兩大方面，電訊方面主要是通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或電磁波來(lái)傳遞信息，如聲音、文字、圖象、數(shù)碼等的弱電設(shè)備，主要是高頻信息的傳遞，將音頻重疊在高頻信號(hào)上實(shí)現(xiàn)信息傳遞。電力方面主要通過(guò)機(jī)械能量轉(zhuǎn)化變換為電磁能，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)難以產(chǎn)生高頻，只能利用低頻高能在導(dǎo)線(xiàn)上傳輸，低頻可以減少輻射，高壓可以減少電流在導(dǎo)線(xiàn)上熱消耗。因此電力主要任務(wù)是能量傳輸和能量轉(zhuǎn)化變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械作功或遠(yuǎn)距離的能量或功的傳輸?！稄V義力》一文指出，一般作用力是能量交換作用，且可產(chǎn)生動(dòng)能改變量或?qū)ν庾鞴Ψ矫?。但交換方式多種多樣，包含眾多的不引起動(dòng)能改變量的交換，如原子核重粒子間強(qiáng)交換作用，輕粒子間弱交換作用，重粒子與輕粒子間電磁交換。原子核破裂產(chǎn)生不穩(wěn)定粒子，在平衡對(duì)稱(chēng)趨勢(shì)中衰變（甚至多次衰變）成較穩(wěn)定粒子或被原子所吸收。萬(wàn)有引力、重力、電力、磁力等是平衡趨勢(shì)作用，分子間場(chǎng)質(zhì)交換作用、原子核與殼粒間電磁作用、重粒子間強(qiáng)作用、輕子間弱作用等是交換作用，屬于趨向平衡穩(wěn)定狀態(tài)的主動(dòng)力作用。前面所述摩擦作用力、彈性作用力（推、拉、壓、舉、碰撞）、熱膨脹作用力等屬于破壞平衡穩(wěn)定狀態(tài)的被動(dòng)力。但不管怎么樣，它們都要用能量變換、交換、遞傳來(lái)描述。3微觀粒子作用廣義力的交換同步及整數(shù)倍原理應(yīng)當(dāng)以相互作用的能量變換或交換來(lái)描述更為合理，而交換涉及交換頻率、強(qiáng)度、成分、速度和平衡程度等到情況。假如交換只是能量子，而且不只是電磁量子交換，是更廣泛意義的能量子，如介子是強(qiáng)作用交換的能量子。那么弱作用的應(yīng)該是比電磁量子更弱小的能量子，如中微子或微子之類(lèi)粒子交換。但由于至今尚未有觀察中性粒子有效工具，目前很難證實(shí)。不過(guò)從粒子渦旋形成的，通常具有磁性觀念出發(fā)，相信不久將來(lái)定會(huì)找到磁感應(yīng)材料或磁敏材料來(lái)觀察中性粒子行跡。這類(lèi)設(shè)備發(fā)明將跟現(xiàn)代加速器相比美。但不管怎么樣，交換能量子描述廣義力可能是較佳方案。微觀粒子與宏觀物體不同完全在于其運(yùn)動(dòng)周期性變換和周期性交換作用，不是牛頓力學(xué)的宏觀物體靜止和勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楹暧^物體是大量不規(guī)則粒子運(yùn)動(dòng)的重疊，根本體現(xiàn)不了周期性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。交換本身雖然存在交換頻率、相位、方位、強(qiáng)度、純度（單純程度）等問(wèn)題，而宏觀交換是由大量粒子間交換組成的，其頻率、相位、方位、強(qiáng)度各式各樣的復(fù)雜結(jié)合，根本體現(xiàn)不出周期性交換頻率、相位、方位、波動(dòng)強(qiáng)度的特性。如《質(zhì)能再論》一文所指出的交換能是總能減去平動(dòng)能與周期變換能來(lái)描述更為妥當(dāng)AE=Ahv=mc2-hv/2-mu2/2=mc2（1-u2/c2）質(zhì)量愈大或速度愈小，交換能或交換頻率愈大愈雜，宏觀物體失去周期變換與交換屬性。形成上述強(qiáng)、弱、電磁三類(lèi)作用統(tǒng)一表達(dá)式。強(qiáng)度比值是由強(qiáng)作用公式2nf2/hc~1和弱作用公式2ng2/hc，以及電磁作用公式|ice2/2h=1/137等計(jì)算得到的，f、g‘荷’實(shí)際上是強(qiáng)、弱交換場(chǎng)質(zhì)總量，稱(chēng)為強(qiáng)、弱交換荷，相當(dāng)于電荷是電場(chǎng)質(zhì)總量類(lèi)似，可以用交換場(chǎng)散度描述。電磁交換是重輕粒子間的交換，又與電場(chǎng)與磁場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)的公式，比較非凡，但仍跟電荷平方有關(guān)，即強(qiáng)、弱場(chǎng)質(zhì)交換描述參量。假如改寫(xiě)成相應(yīng)關(guān)系式，則2ne2/hc=^ce2/2he2=^c2e2/4n其中e可以看成電磁交換荷或稱(chēng)電磁交換荷。"荷〃為交換總量，其交換強(qiáng)度總量除以球面積，即單位面積交換量來(lái)表示。綜上所述：能量和力，與力和能量總是相互轉(zhuǎn)換共同存在，一旦作用力解