引力质量和惯性质量
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引力质量与惯性质量描述和认知一个物体,需要几个物理量。
物理量之间是关联的,测量某个物理量,往往要借助物体的其他性能。
例如,我们用天平称量物体的质量,就借助了引力的存在。
质量被定义为一个标量,是因为在历史上,人们并没有严格区分物体的质量与重量,质量有时被表述为物体所包含的分子(原子)的总数目,并没有和力联系在一起。
引力质量可以通过秤称量,此时物体的引力质量并未与引力严格捆绑在一起,而是与秤砣(参照物)相比较。
最早提出质量概念的是弗兰西斯·培根,他在1620年出版的《新工具》一书中,把质量定义为物体所含物质之量,并提出作用力依赖于质量。
1638年,伽利略在他的《关于力学和运动两门科学的对话》中写道:“我曾经做过实验,可以向你保证,从200英尺高处放下的一颗一两百磅甚至更重的炮弹,不会比一同放下的仅重半磅的炮弹领先一秒。
”这表明所有物体的重力加速度相同。
伽利略并没有当时没有严格将重量和质量区分开来。
伽利略在他的《原理》中还记录了他的另一个实验:两只等大的圆木盒,用11英尺长的细绳悬挂起来做成摆,一只盒内装入木料,另一只盒内装入等重的铅,玻璃,沙子等,两只摆的摆动周期是相同的,证明惯性质量和引力质量严格成正比,并与物体的材质无关。
其实,若不考虑空气阻力及摆绳与吊杆之间的摩擦力,不同质量的摆的摆动周期也应该是相同的,效果类同于不同重量物体的自由落体运动。
伽利略在否定亚里士多德将物体下落速度与物体重量成正比的错误观点后,首次提出了加速度的概念,指出作用力和物体产生的运动速度的变化成正比例。
1687年,牛顿在《自然哲学之数学原理中》正式引入了惯性质量的定义:物质固有的力,是每一个物体按其一定的量而存在其中的一种抵抗力,在这种力的作用下,物体保持原来的静止状态或者匀速直线运动状态。
在初中教材的牛顿第二定律中,采用的是一个理想化的数学模型,不考虑物体受到的引力、支撑力、离心力,物体被当作一个质点处理。
牛顿将质量定义为物体惯性大小的量度,这里的惯性质量在实践(试验)中应是指物体做平动时的惯性,在地球上可以认为是物体沿地球水平线运动时的惯性质量。
为什么惯性质量与引力质量肯定是相等的? 牛顿的后人根据他的研究成果建立了惯性系和非惯性系两个不同的参考系。
引力场属于非惯性系。
结果,随着这两个参考系的建立就产生出了惯性质量和引力质量这两个不同的概念。
在F=ma中的m表示的是惯性质量。
在F=mg或F=GMm/r2中的m和M表示的是引力质量。
从此以后,惯性质量与引力质量是否相等就成了一个问题。
但直到爱因斯坦在他的研究中提出了惯性质量与引力质量相等的〔等效原理〕观点之后才引起人们的关注。
其实,根本就不用像爱因斯坦的研究那样麻烦,只要看看质量是怎样定义、测量和使用的就知道惯性质量与引力质量肯定就是同一个质量。
1. 质量单位是靠重力定义的。
最早对物质质量的基本单位定义是:1升〔1立方分米〕纯水在4摄氏度和1个大气压环境下的重量相当于1千克物质质量。
2. 力的单位是靠物质质量定义的。
让质量为1千克的物体产生1m/s2加速度的力就是1牛顿。
3. 重力又是从上述质量和力的单位中计算出来的。
用实物来解释这个过程就是:首先用纯水按上述方法规定了物质质量的基本单位千克。
然后以纯水的这个基本单位为标准制作一个质量为1千克的白金砝码。
接下来把这个白金砝码放在一个没有任何阻力的环境下给它施加一个力,让它产生出一个刚好为1米每平方秒的加速度,并规定这个力为1牛顿。
最后,把这个砝码放在天平上测量到它的重力是9.8牛顿,或按照重力加速度计算出重力F。
绕来绕去使用的砝码是同一个。
而且,在运算过程中使用的质量都是1千克。
根本就分不出惯性质量还是引力质量。
所以,用惯性质量和引力质量的思路去理解质量的做法是把简单事情给复杂化了。
其实,惯性质量和引力质量的说法就像手心和手背的说法差不多。
是对同一个东西从两种不同视角上的表达。
所以,它们不可能是不相等的。
惯性质量与引力质量物理作为一门自然科学,主要研究物质质量结构、物质的相互运动及其运动规律。
惯性质量与引力质量作为物理课程中的主要学习内容,通过分析可以发现,二者之间存在一定的关联性和等效性,本文将对惯性质量与引力质量的一些性质进行分析和研究,以供参考。
标签:惯性质量引力质量等效性前言惯性质量和引力质量是两种不同的物理概念。
据学者研究发现,二者之间既存在区别,也存在一定的联系,虽然从物理本性上来讲,引力和惯性是完全不同的两个概念,但针对二者的研究,依然成为了物理学者所关注的重点内容。
一、惯性质量和引力质量概述1.惯性质量从牛顿定律中可以发现,质量是用于衡量物体惯性的一种量度,大量实验曾表明,在同样的力度作用下,不同的物体所获得的加速度具有一定的差异性,这主要是由于受到了惯性质量的影响。
同时,物体所获得的加速度不同,不仅与其所受到的力度有关,同时也与物体自身的性质有关,部分物质可以维持其原有的运动形态,从而使物体之间的惯性存在差异[1]。
由此可见,惯性质量主要是指物体被看作质点时,其所产生惯性大小的一个量度。
在此过程中,只有实际物体进行平动时才可以被作为质点,因此也可以把惯性质量看成是物体在平動状态下的惯性大小量度表示。
2.引力质量引力的概念来源于万有引力,所有的物体都是引力场中的源泉,因此其也会受到引力场的作用,这在万有引力定律中得到了充分的体现。
如果说m1和m2可以分别用于表示两个物体所产生的引力场以及受力场,那其也可以被称为是物体各自的引力质量。
此时,我们用r来表示两个物体之间的距离,F表示作用于两个物体之间的万有引力,G作为一个常数,它的大小主要根据F、r以及m1和m2的单位或数值而决定。
根据万有引力定律可以发现,两个物体的引力质量mA和mB之间的比值,可以定义为其各自与另一个物体万有引力FA和FB的比值,并得出了公式mA∶mB=FA∶FB。
因此,利用测量引力的方法,可以通过对某一物体引力质量极其标准体的引力质量之间的比值,实现对它引力质量的测定。
惯性质量和引力质量使物体改变运动状态,需要力的作用.在相同的力作用下,质量越大的物体的加速度越小.这表明了质量是表示物体所具有的阻碍运动状态改变的一种属性,质量越大,物体越不容易改变其运动状态,所以质量是物体惯性大小的量度.物体的这一性质跟物体是否受有重力作用完全无关(譬如放在水平的气垫导轨上的滑块,或物体在完全失重的情况下).因此,牛顿第二定律的公式中所出现的质量m,叫做惯性质量.根据万有引力定律可知,物体受到的地球引力的大小和物体的质量成正比.为了使物体不致由于受到地球引力而掉向地面,可将物体用绳子悬挂起来(或用支持物支承住).这样,绳子(或支持物)就发生形变,物体的质量越大,就需要绳子(或支持物)发生更大程度的形变才能产生足够大的弹力来跟物体所受到的地球引力相平衡.因此,在这里质量的概念反映了物体所包含的物质的多少.质量越大,物体所含的物质越多,受到的地球引力就越大.因此,万有引力定律公式中所出现的物体质量,叫做引力质量.惯性质量和引力质量从不同的侧面描述了物质的属性,它们之间存在着怎样的关系呢?设有A、B两个物体,它们的惯性质量分别为,引力质量分别为.把A、B这两个物体放在地球(质量为M,半径为R)上的同一地点,则它们所受到的地球引力分别为:若将以上两式相比,则得:(1)这表明了A、B物体所受重力的比等于它们的引力质量的比.如果使A、B物体在重力的作用下自由下落,则根据牛顿第二定律可知,.由于在同一地点,重力加速度都相等,即.于是:(2)这表明了在地球上同一地点,物体的重量的比等于它们的惯性质量的比.比较(1)式和(2)式,可见物体的惯性质量m和引力质量是一致的.对单摆的振动加以讨论,也可以得出惯性质量和引力质量等效的结论.单摆振动在偏角很小的情况下,可看做是简谐振动.对于简谐振动来说,它的周期;式中m是振动系统的惯性质量,k是决定于振动系统的一个常数.在单摆这一振动系统中,,式中是摆球的引力质量.代入周期公式,得单摆振动的周期公式从实验证明,在摆角很小时,单摆的振动周期跟摆长l的平方根成正比,跟所在地点的重力加速度g的平方根成反比,而与物体质量无关,即.这只有在认为的情况下才是可能的.因此物体的惯性质量和引力质量是等效的.因此,在中学物理教学中,不必区分惯性质量和引力质量.黑洞半径究竟多大?第十六届全国中学生物理竞赛第七题是一个关于黑洞的题:1997年8月26日在日本举行的国际学术大会上,德国Max planck学会的一个研究组宣布了他们的研究成果:银河系的中心可能存在一个大黑洞.他们的根据是用口径为3.5m的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星体进行近六年的观测所得到的数据.他们发现,距离银河系中心约60亿千米的星体正以2000km/s的速度绕银河系中心旋转.根据上面的数据,试在经典力学范围内(见提示2),通过计算确认,如果银河系中心确实存在黑洞的话,其最大半径是多少?(引力常数)提示:1、黑洞是一种密度极大的天体,其表面的引力是如此之强,以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用.2、计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型,在这种模型中,在黑洞表面上的所有物质,即使初速度等于光速也逃脱不了其引力的作用.这个题通常有下列两种解法:解法一设黑洞质量为M、半径为R.再设黑洞表面有一个质量为,初速度为的物体,它恰好能逃脱黑洞的引力飞到无穷远处.如果取无穷远处的势能为零,则根据机械能守恒有(1)根据提示2可知,该物体的初速度只有大于光速,才有可能逃脱黑洞引力,故(2)由(1)和(2)可得:(3)设绕银河系中心旋转的星体的质量为、速度为、轨道半径为r,根据万有引力定律和牛顿第二定律有:(4)由(3)和(4)可得:(5)将代人(5)可得km,即黑洞的最大半径为km.解法二设光子质量为m,当它绕黑洞作半径为R的匀速圆周运动时,有:(6)由(4)和(6)可得:km。
24.4 惯性力 惯性质量和引力质量教学目标1、理解惯性力的概念,会在非惯性系中用惯性力解决问题。
2、理解惯性质量和引力质量不可区分。
引 入复习前学的惯性系和非惯性系,加速运动的车箱内桌面上固定的小球运动情况描述,车箱内的人和地面上的人的描述不同,原因何在?一、非惯性系和惯性力1、惯性系和非惯性系如果在一个参考系中牛顿定律能够成立,这个参考系称作惯性参考系,牛顿运动定律不能成立的参考系则是非惯性参考系.根据天文观察,以太阳系作为参考系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律,所以太阳系是一个惯性系。
相对于惯性系加速度为零的参考系也是惯性系。
相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。
相对惯性系作加速运动的参考系是非惯性系。
2、惯性力加速运动的列车是个非惯性参考系。
为了让牛顿定律在非惯性系中能够成立,引入惯性力惯性力的定义式:“-”号表示惯性力的方向与非惯性系的加速度方向相反.“m ”应该叫做惯性质量.惯性力的应用:解释超重现象:以加速上升的电梯为参考系,我们可以认为乘坐电梯的人除了受到重力的作用,还受到一个向下的惯性力,重力和惯性力的合力使人感受到了超重.求解力学问题:3、惯性力和引力爱因斯坦假想实验一:自由空间加速电梯 — 比较 — 引力场中静止的电梯考察 :相对观察者静止的物体的运动,运动规律相同,但各自分析的原因不同,惯性力与引力的力学效应相同爱因斯坦假想实验二引力场中某一时空点自由下降电梯— 比较 —远离引力场的自由空间匀速运动的电梯惯性力可以“抵消”引力 自由下降的参考系— 等效 —惯性系结论:在这样两个参考系中得到的力学规律相同,即在引力场中的某一时空点自由下落的参考系和惯性系等效21世纪,人类在空间站中长期生活,为了克服失重带来的不利影响,可以将空间站设计成一个大转轮,绕轴自转,其上各点都有一个指向转动轴的向心加速度,因此,m a F i -=以空间站为参考系,与它一起旋转的物体都受到一个背离转动轴的惯性力,这就是所谓的人造重力.二、惯性质量和引力质量重力G=mg,惯性力Fi=–ma,这两种力都与物体的质量成正比,但前者与引力相对应,反映物体吸引其它物体的能力,而后者是因为物体有惯性才产生的,我们把前者对应的质量叫引力质量,后者对应的质量叫惯性质量。
论惯性质量与引力质量的等价性(李思奇应用物理)摘要:在物理学中,质量是表示物体的一种固有属性。
从物理史的发展来看,质量有两种不同的定义,即惯性质量和引力质量,但是从现有实验来看,两种质量在数值上成正比,即两种质量是一致的。
因此牛顿力学中并没有对惯性质量和引力质量进行严格的区分。
两种质量的等效性通常被称为伽利略等效原理或弱等效原理。
本文论述了两者在牛顿力学里的表现和出现的困难,进一步讨论了惯性质量和引力质量在爱因斯坦理论中的统一,最后提出二者的等效性需要等待广义相对论正确性的最终确认。
关键词:惯性质量,引力质量,相对论1引言质量有两种不同的定义,即惯性质量和引力质量.牛顿运动定律中的质量为惯性质量,它反映了物体具有保持其原来运动状态不变的属性,即惯性,惯性质量是物体惯性大小的量度,定义惯性质量时没有涉及物体间的引力。
万有引力定律中出现的质量,即引力质量,反映了物体吸引其他物体的能力也反映了感受其他物体吸引的能力。
2惯性质量根据牛顿第二定律:F=ma,同一物体获得的不同加速度与所受向应力的大小之间总存在如下的比例关系:F1 a1=F2a2=F3a3=……..F na n如果改用别的物体,依然有相似的比例关系,只是比例系数K的值不同。
牛顿第一定律指出,物体本身具有保持其原来运动状态不变的属性,即惯性。
实验证明,上述比例系数与物体的动状态和外力无关,也与物体的其他属性(如质料、硬度等等)无关,比例系数的不同数值,唯一反映了不同物体所具有的惯性大小的不同。
在外力相同的条件下,惯性大的物体不容易改变其运动状态,获得的加速度小,而惯性小的物体容易改变其运动状态,所获得的加速度大。
所以,相同的力作用于不同物体时产生不同的加速度,正是不同物体有不同惯性大小的表现。
为了定量地描述物体的惯性,需要引入一个物理量来量度物体惯性的大小,牛顿称之为“物质的量”,也称为“质量”,实际上应称为“惯性质量”。
惯性质量的量度可以人为规定为:各物体的质量和他们在相等大小的外力作用所获得加速度的大小成反比,即若力一定,则m=1 a ,如果以m1和m2分别表示两个物体的质量,以a1和a2分别表示他们在相同外力的作用下所获得的加速度的大小,则有:m1 m2=a2 a1若选定一个物体作为标准物体,规定它的质量单位,则另一个物体的质量就可以完全确定,同样地,还可以确定其他物体的质量大小。
引⼒质量和惯性质量是什么?它们为何相等?科学是永⽆⽌境的,它是⼀个永恒之谜。
——爱因斯坦惯性系的定义需要⼀个绝对静⽌的坐标系作为参考?在深邃的虚空中,如果把⼀块⽯头扔进太空,它会⼀直保持匀速直线运动,这就是惯性,⼀种只有外⼒(如引⼒)才能打破的状态。
但是惯性本⾝不是⼀种⼒,⽽是⼀个系统没有任何静⼒的状态。
另⼀种说法是:在不需要任何外⼒的情况下,物体可以保持恒定的速度。
否则,在保龄球⽐赛中,只要投球⼿⼀松开保龄球,球就会⽴即停⽌,想让球沿着球道移动并击中球瓶,投球⼿就需要不断地推动保龄球。
但事实并⾮如此。
正是当投球⼿移除了⼿给球施加的外⼒后,球才会沿着直线轨迹(除了⾃旋或摩擦的影响)匀速运动。
我们常见的静⽌状态其实是惯性的另⼀种形式。
但是,静⽌状态是相对的。
你坐在你家的门廊上,看着⼀个骑⾃⾏车的⼈以恒定的速度飞驰⽽过,她可以想象⾃⼰是静⽌的,⽽你是在向后移动。
只有环境让她意识到她才是那个移动的⼈,⽽不是坐在门廊上的你。
当我们进⾏物理实验时,不希望某个系统受到外⼒的影响。
这就是为什么⼀个稳定的地⽅,⽐如⼀个稳定的房间,或者⼀个稳定的实验室是理想的实验场所。
但实验室的空间以恒定速度运动也是可以的,因为这种运动是相对的。
我们称任何相对于静⽌状态匀速运动的物体为惯性系。
根据⽜顿第⼀运动定律,惯性系没有合⼒,因此处于平衡状态。
现在你可能会想,静⽌状态的参考系在哪⾥?因为地球在转动,⼀个“固定”的实验室并不是静⽌的,⽽地球上所有的物体都在运动。
为了简单起见,我们称它们为“静⽌状态”,但实际上它们受到了不平衡⼒的作⽤,导致其随地球表⾯旋转。
那么,我们⽤来定义惯性系的真正的静⽌框架在哪⾥呢?⽜顿也认识到了这个问题,所有的天体都在运动,那静⽌的东西在哪⾥?因此,他定义了⼀个被称为“绝对空间”的假想框架来衡量惯性系。
经典⽜顿物理学对绝对空间的需求可以通过⼀个简单的思想实验来理解。
现在想象⼀下,你坐在旋转⽊马上,看着风景从⾝边经过。
引力质量与惯性质量的数量关系等效原理原来知识在均匀引力场的情况下提出的,对于一般的情形,等效原理可以作如下的表述,对于每一个无限小的世界区域(在这样一个区域中,引力随时间和空间的变化可以忽略不计),总存在一个坐标系K0(X1,X2,X3,X4),在这个坐标系中,引力即不影响粒子的运动,每一个引力场都可以被变换掉.我们可以设想用一个自由漂浮的、充分小的匣子来作为定域坐标系K0的物理体现,这个匣子除了受重力作用外,不受任何外力,并且在重力的作用下自由落下.显然这种"变换掉”只所以可能是由于重力场具有这样的基本属性:它对所有的物体都赋予相同的加速度;或者换一种说法,是由于引力质量总等于惯性质量的缘故.【1】【2】广义相对论认为一切参考系都等价,这不是物理问题是纯数学问题,而且和物理无关。
广义相对论空间是非线性(常规意义上的)的,所讨论的参考系也是非线性的(常规意义上的),虽然广义相对论使用的张量本身是复线性的。
非线性的引力方程存在动态解,只是Einstein个人认为宇宙是静态的,他根据自己的哲学有意丢弃了动态解而已。
当后人给出了这个动态解后,Einstein追悔莫及。
吴沂光先生认为:按照等效原理,这个邻近区域与引力场中一个引力被“变换掉”的无限小区域等效。
借助引力场的知识得:在邻近区域内横向传播的光速会变慢,纵向的真空光速不变。
如果把区域内变慢的光速当是不变,那么“沉浸”在该区域中的刚杆要被定义为横收缩。
容易证明,如果引入“同时性是相对的”这个修正项,我们就可以把区域内横向变慢的光速当是不变,以便用欧氏几何法则(光尺)来确定运动杆的时空坐标。
广义相对论采用黎曼几何学。
黎曼几何独特假设是:两个无限接近的点可以用“间隔”表示,它的平方是坐标微分的二次齐次函数。
由此得出的结论说,欧氏几何在任意无穷小区域都成立。
事实上,“欧氏几何在局部惯性系中的正确性性”假定本身与广义相对性原理是紧密联系着的,正是有了广义相对性原理,这个假定才在引力场中表现出来。
引力场中的惯性质量与引力质量的数量关系物理学上关于质量的概念很多,有静止质量、惯性质量、引力质量、电磁质量,这些概念都是为了解释各自领域的现象而引入的.惯性质量是通过动力学测量的F=ma,引力质量是通过静力学测量的F=GMm/R2.所谓惯性质量和引力质量最初是由牛顿在自然哲学的数学原理的文章中引入的,其中惯性质量的真正含义是:当物体在相互作用时,反映物体运动状态改变难易程度的一个物理量;引力质量则是反映物体产生引力场大小的一个物理量;任何物体都具有吸引其他物体的性质,引力属性是物体这种性质的量度.选定两质点A和B,先后测量它们各自与质点C的引力F(AC)和F(BC).实验发现,只要距离AC和BC相等,则不论这距离的大小如何,也不论质点C是什么物体,力F(AC)和F(BC)的比值F(AC)/F(BC)是一个常数.该结果表明,F(AC)/F(BC)之值仅由质点A 和B本身的性质决定,这个性质体现为引力属性.物理学中规定A、B两质点引力属性之比等于力F(AC)与F(BC)之比.若用Sa及Sb分别表示A、B两质点的引力属性,则Sa/Sb=F(AC)/F(BC),选取其中一质点的引力属性作为引力属性的单位后,另一质点的引力属性可通过实验由上式确定.牛顿关于惯性质量和引力质量的定义,其物理意义非常明晰,但关于质量是物体中所含物质的多少的定义其物理意义则有些含混不清.我们可以定义标准惯性质量,以求得某物体的惯性质量.同时我们也就定义了力的度量,但却并不能由此也求得引力质量,因为在G的测量过程中会使用到引力质量,在没有定义引力质量的度量之前,G并不能确立其值,同时M实际上也是引力质量.所以我们只能再定义标准引力质量,以求得该物体的引力质量.经典物理学,即力学和电磁学的最重要特征,就是决定论的本性,其意是在时空内用微分方程描述现象,只要在任何一个时空内给定了条件,那么微分方程就完备地和唯一地决定了在任何时空内的一个系统的态.经典物理学的这种决定论特征在人的天然思维中有它的形而上学起源,而在力学中有它的科学起源.现在经典动力学可以说在天体力学中有了它的基础,太阳系的行星运动能够经受重复的观察并且已经发现可以用运动方程高精度地加以描述.牛顿方程和以拉格朗日与哈密顿形式表述的牛顿方程,代表了最明确形式的经典决定论.在经典物理学中,采用引力质量来确定物体的量,然后再采用惯性质量的模式来建立物质的运动变化规律,但是这两种物体的质量定量的模式在属性上都是相同的,都是采用作用力的方法进行定量.不论是引力场给予物体的作用力得到质量的特点.只要作用力的属性是相同的,那么物体的质量属性就是相同的,因此两种质量属性是相同的,没有区别.牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的,他认为这一结果是一种简单的巧合.德国物理学家赫兹曾说到:“要阐明力学的真正的基础内容,而不会不时感到为难,不会一再激起歉意,不想尽快跨过原理部分而向他们讲述一些应用例子,那是极端困难的一件事.”任何在伽利略变换的绝对时空中修改牛顿定律的理论(例如引入有限光速c修改质量间的相互作用力) 必然不自洽.因为物理量(速度、加速度和力)中的时间是绝对同时的,可物理量之间的关系又与有限光速c相关联成为非绝对同时的.即物理量的定义与物理量之间关系处在不同的时空中从而存在逻辑矛盾.引入有限光速c修改库仑定律则更是不自洽, 因为库仑定律是Maxwell方程中的一个部分, 修改了库仑定律则不能再从Maxwell方程求解出电磁波的速度为c, 引入含光速c=1/√(εμ)的项来进行修改就失去了前提根据.相对论归根到底是由电磁学产生的, 原名叫“动体的电动力学”不叫“相对论”.电动力学中自然地含有限光速c=1/√(εμ),再画蛇添足地外加一个光速c的相关项到方程中必然出错.库仑定律的电动力学检验精度巳经达到了10-16, 远高于牛顿引力定律的检验精度10-8, 只允许在10-16以下修改库仑定律, 10-8以下修改牛顿引力定律.若是对牛顿引力加上质量不变前提下的v/c项的修正, 必产生附加的加速度破坏原先的牛顿引力加速度与行星运动离心加速度的平衡, 附加的加速度的连续作用于行星, 几万年到几十万年就会使行星落入太阳或逸出太阳系之外.用质量不变的v/c项修正牛顿引力后则最基本的太阳系运动的规律都解释不了.陈绍光分别从广义相对论和量子场论导出的类Casimir力公式fc也含有v/c项, 但它是基于速度不变因质量变化(δm/δt)的速度牵连力v(δm/δt),fc不直接产生加速度, 质量变化时引力质量与惯性质量同步变化, 不会破坏原先的引力加速度与行星运动离心加速度的平衡.爱因斯坦在他的《狭义与广义相对论浅说》中讲到:“如果正如我们从经验中所发现的那样,加速度是与物体的本性和状态无关的,而且在同一个引力场强度下,加速度总是一样的,那么引力质量与惯性质量之比对于一切物体而言也必然是一样的,适当地选取单位.我们就可以使这个比等于一,因此,我们就可以得出下述定律:物体的引力质量等于其惯性质量(见《狭义与广义相对论浅说》[美] 爱因斯坦著杨润殷译北京大学出版社P51)”.牛顿做了单摆实验,结果是惯性质量/引力质量=1+O(10-3). “证明引力质量与惯性质量成正比”的“狄克实验”:“不同质料的物体A和B,引力质量相等,若引力质量与惯性质。
《引力质量与惯性质量不相等》欧阳森2017年2月5日引力质量与惯性质量不相等,这是徐宽定律的核心思想,也是其发现的物理定律,并遵守徐宽的引力质量速度关系式和能量关系式[1]:)()(22c 2v 022i g cv 1e m c v 1m m 2+=+= 220c 2v E E ln = 式中g m 是引力质量,i m 是惯性质量,0m 是静止质量[1]。
徐宽引用镭-β衰变的电子束实验数据,在速度0.317c 到0.943c 之间(以下简称数据1),验证了关系式中的徐宽因子22c 2v e 与数据1吻合。
同时也验证了相对论的质速关系式在速度<0.515c 时,也与数据1吻合,但速度大于该值后逐渐与数据1背离。
数据1并没有验证关系式)(22i g c v 1m m +=的正确与否,也就不清楚引力质量与惯性质量的差异所在。
[1] 既然实验数据验证了相对论的质速关系式2)c v 1m m (-=是错的,也就是说粒子的速度趋于光速时,并不是粒子的质量趋于无穷大,而是另有原因。
那么,在回旋加速器中的高能粒子是近光速运动,达到一定阈值后就无法再加速了,虽然这与半径、磁场强度、回旋(同步)辐射相关,但也表明加速的电场力趋于零。
而库仑力趋于零的条件,要么是作用时间趋于零,要么是加速的库仑力趋于零。
而加速器中的电场有一个固定尺寸,则作用时间是一个定值,不趋于零;那么,库仑力趋于零的条件,只能是库仑力的作用速度(传递速度)为光速。
因为库仑力矢量与粒子速度矢量一致,粒子近光速运动时,库仑力作用速度为光速,则作用力趋于零。
这是一条新的物理定律,或许大家觉得没什么,但是只有否定了相对论的质速关系式后,才能确认其是对的。
“测定中子寿命的一种方法是将一群中子“困在”一个瓶子中,经过不同时间段后清点瓶中剩余中子数量。
另外一种方法叫作中子束法,即产生一簇或一束高强度的中子束,并在其周围放置一个“质子阱”计算中子衰变时产生的质子数。
引力质量和惯性质量
文:Steve William(美)
译:冰棒汽水
目前,惯性质量和引力质量相等已被大多数认同,实验也已经在很高的精确度下证明了这一点:从牛顿时代的精确度为10^-3发展到1922年爱德维斯提高到3×10^-9 到1964年狄克把精确度提高到(1.3±1.0)×10^11.1971年,勃莱根许和佩诺又将实验的精确度提高到10^12数量级.所有这些实验,统统均证实了惯性质量和引力质量相等.首先说明,惯性质量和引力质量相等是指引力质量与惯性质量严格成正比,我们把比例系数规定为1,调整万有引力系数,就是所谓的惯性质量和引力质量相等,因此命题“惯性质量和引力质量相等”与命题“惯性质量和引力质量成正比”等价。
引力质量与惯性质量相等,在牛顿力学中是一种巧合,没有重要意义。
牛顿力学认为:惯性是物体抵抗外力改变其机械运动状态的本领,引力场的源泉是物体产生引力场的本领,这是物体两种完全不同的属性,绝不能混为一谈。
只是由于它们之间存在着严格的正比关系,我们可以将物体的引力质量作为它的惯性的量度。
”
然而,两个严格成正比的两个量不可能是毫无干系的,上帝不可能把巧合设计得如此完美。
从科学的角度上来说,无关量严格成正比的概率是零。
爱因斯坦建立的广义相对论指出,物体的惯性和引力性质产生于同一来源.在广义相对论里,指出有一些参量一方面表现为物体的惯性,另一方面又自然而然地表现为引力场的源泉.目前普遍认为物体的两种不同属性——惯性和引力性质,是它的同一本质的不同方面的表现。
也就是说,物体的惯性和引力性质导源于物体的同一本质。
爱因斯坦把这两种质量的等同作为他建立广义相对论的出发点。
现代物理学认为,这两者的等同决非偶然,其中包含着深刻的物理意义。
我们要分析这个问题,首先要知道什么是惯性质量,什么是引力质量。
我们人类的感知是分不清引力质量和惯性质量的。
我们知道举着大石头和小石块费力程度是不同的,但我们也能体会到拉动满载货物的车和空车要使不同的劲。
故我们知道大石头小石块、空车和满载的车具有不同的属性。
我们都给这种属性一个笼统的叫法——质量。
其实前者是为地球对物体的吸引作用不同,体现为物体引力质量属性;后者是改变运动状态难易程度不同,体现为惯性质量属性。
这当然是我们定义好引力质量和惯性质量后所知道的,对于没有建立物理系统的人们是察觉不到二者的区别,或者一开始物理的定义沿另一个走向,这二者一样也未可知。
那么接下来具体说说质量是如何定义的。
设想我们是来给质量定义的科学家。
你会如何定义质量呢?同一种材料,料的多少(体积)反映了举起它的费力程度。
但不同材料之间,举起它们费力的程度就没有这个关系了。
而且通过建立不同材料的转换系数来维持这种关系也似乎是很困难的。
(因为材料的种类太多,可以混合,极其繁琐。
)这种方法定义不可取。
但在上述体积与质量成正比的基础上(同材料),似乎通过天平可以找到一种定义质量的办法。
(因为长度很直观,通过定义标尺便能定量测量,因而体积也是容易定量测量的。
这里认为体积的测量总是可行的,不加以赘述。
另外通过日常经验,我们姑且认为天平原理是正确的,这里只需要认同天平平衡时两端物体质量相同这一原理即可)我们把一立方米的纯铁定义为1质量的标尺,要知道任何物体的质量只需将该物体放在天平一端,另一端放纯铁使之平衡。
测出纯铁为x立方米,该物体就为x质量。
牛顿的定义却没那么简单。
牛顿认为质量是抵抗物体加速的能力体现。
我们可以先用实验导出牛顿第二定律。
控制变量法:“虽然我们还不知道力具体量度是什么。
但同一个力(相同大小)是可以想办法获得的,(通过相同的手段获得的力我们认为它完全相同)。
同理同样质量的物体是可获得的。
另外因为时间、长度很直观,通过定义标尺便能定量测量,因而速度、加速度也是容易定量测量的。
这里认为加速度的测量总是可行的,不加以赘述。
)好了,开始实验,让一个力作
用于一个物体,测出其加速度。
在让同一个力测其作用于两个原物体时两物体共同加速度,接着作用三个原物体。
不难发现加速度大小与物体个数成反比,即与质量成反比。
同样用控制变量法可以发现加速度大小与力的个数即力的大小成正比。
因为质量和力都是标尺待定的量,可以选择适当的标尺使F=ma。
”至此,姑且说F=ma成立。
如何定义力和质量的标尺呢。
如果说使1kg的物体获得1m/s^2的加速度的力是1N,那么1kg又怎么定义呢?1N的力能使之产生1m/s^2的物体质量为1kg吗?当然不行,这样循环定义根本找不到两者的标尺。
我们可以这样定义,令一立方米的纯铁为1kg,再令使1kg的物体获得1m/s^2的加速度的力是1N,使获得x m/s^2的力是xN,则任何力都是可度量的。
再通过力来定义质量:令1N的力能使之产生1 m/s^2,则该物体质量为1kg,力能使之产生xm/s^2,则该物体质量为1/x kg,则任何物体的质量都是可度量的。
这样的定义看起来很简单,可是结果就是我们在考虑怎么给力定义时,力的定义帮我们定义质量一个大忙。
上述所说的质量当然是指惯性质量。
引力质量又如何定义呢?下面我们把引力质量说成引力属性吧,以便让我们更好的理解引力质量的由来与惯性质量完全没有关系,甚至它都没有叫做质量的理由。
任何物体都具有吸引其他物体的性质,引力属性是物体这种性质的量度。
选定两质点A和B,先后测量它们各自与质点C的引力F(AC)和F(BC)。
实验发现,只要距离AC和BC相等,则不论这距离的大小如何,也不论质点C是什么物体,力F(AC)和F(BC)的比值F(AC)/F(BC)是一个常数。
该结果表明,F(AC)/F(BC)之值仅由质点A和B本身的性质决定,这个性质体现为引力属性。
物理学中规定A、B两质点引力属性之比等于力F(AC)与F(BC)之比。
若用Sa及Sb分别表示A、B两质点的引力属性,则Sa/Sb=F(AC)/F(BC),选取其中一质点的引力属性作为引力属性的单位后,另一质点的引力属性可通过实验由上式确定。
这样所有质点的引力属性根据这个标度可以测得。
这样通过定义我们
可以理解似乎引力属性和惯性质量风马牛不相及,似乎相等是巧合是无可质疑的。
为证明引力质量和惯性质量相等,厄缶将两个不同质料、质量相等的球悬系在扭秤的两臂上使扭秤平衡,并指向东西。
物体受地心引力和地球自转的惯性离心力作用。
若物体的引力质量与惯性质量不等,引力和惯性离心力之和将产生转矩,此转矩可被悬丝的扭力矩所平衡。
将整个实验装置转180°,使两球的位置互换,转矩取向相反,而扭力矩不变,则应观察到扭秤偏转一个角度。
实验在10^-8精度内未观察到这一效应。
类似的实验以后又多次为其他人更精确地做过,精度提高到9×10^-13,表明引力质量和惯性质量精确相等。
爱因斯坦从物体在重力场中加速度相等产生引力质量和惯性质量精确相等的想法。
(由a=引力/惯性质量是定值,又地球上引力与引力质量成正比,很显然引力质量必与惯性质量成正比了。
)还有牛顿根据单摆周期的测量发现,周期只与摆长有关,而与摆锤的质量和材料无关。
这些结果都表明,任何物体的引力质量与惯性质量之比都是一样的。
你可能无法理解质量和惯性质量精确相等这个事实多么难以理解和令人震惊。
两个无关量精确相等除非是上帝的安排,而如果像爱因斯坦建立的广义相对论指出的那样物体的惯性和引力性质产生于同一来源。
那究竟是何来源?是物体的什么属性?目前尚没有理论把引力质量和惯性质量统一起来。
虽然引力质量和惯性质量相等让爱因斯坦总结出来强、弱等效原理,给物理研究带来很大的方便。
但一日其原理不明,科学家就一日伤透脑筋。
就像一直握在你手里的空钱包,当你打开时莫名其妙地里面全是美钞,你很开心地花的同时,你心里总会纠结是上帝的眷顾还是魔鬼的陷阱?。