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對電場力作用效果的研究 已有3人參與
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對電場力作用效果的研究 摘 要： 在現(xiàn)代高能物理實驗中，人們都是利用高壓電場去加速帶電的粒子以求獲得高能粒子，去探探尋微觀領(lǐng)域的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，或者去驗證人們發(fā)現(xiàn)的物理規(guī)律，因此，研究電場力在極端高速狀態(tài)下的作用效果，對于分析高能物理實驗的結(jié)果，具有非常重要的意義。 本文是從電場力的傳遞角度入手，分析出它的作用效果會受到這個傳遞速度的影響而減弱，文章通過兩個簡單的光行事件，導(dǎo)出這個時差糾偏系數(shù)和時效糾偏系數(shù)的來源，并分析出電場力的作用效果屬于一個“作用時效”的問題，有必要引入一個“時效糾偏系數(shù)”予以矯正，最后揭示研究結(jié)論：電場力的作用效果隨受力物體的運動速度增大而減弱，其減弱系數(shù)為•（1 – v2/c2）1/2”。這是一個前人尚未知曉的客觀規(guī)律，這個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，對于人們重新認識相對論中的“質(zhì)速關(guān)系”，具有非常重要的意義。 關(guān)鍵詞：電場力 減弱系數(shù) 作用效果 正文 在自然界中，帶電體之間存在有相互的作用力。1785年，法國物理學家?guī)靵鲅芯苛嗽谡婵罩袃蓚�點電荷q1和q2之間相互作用力的大小，得出了“作用力的大小與兩個帶電體所帶電量的乘積成正比，與它們之間的距離平方成反比，作用力的方向在兩個帶電體的連線上，并遵循同性排斥，異性吸引”。這就是著名的“庫侖定律”，通常人們把靜電荷之間的相互作用力也就稱為“庫侖力”。 一、 庫侖力的“傳遞”問題 庫侖定律雖然反映了兩個點電荷之間作用力的大小和方向，但它沒有從本質(zhì)上說明電荷間相互作用是怎樣傳遞的，高等教材有這樣的描述：對于電力的傳遞問題，歷史上有兩種觀點：一種觀點稱其為 ‘超距作用’， 認為它是由一個帶電體直接傳遞到另一個帶電體上，而不需要借助任何的中間物質(zhì)，也不需要傳遞的時間，這種觀點已經(jīng)被科學的發(fā)展所淘汰；另一種觀點認為是‘近距作用’，它是由電荷在其周圍空間產(chǎn)生一種實在的‘場’而實現(xiàn)的，二十世紀的大量實驗證實，電場力是以有限速度而傳遞的，這個有限速度即為光速”從以上描述可知，電場力是一種“傳遞性質(zhì)”的作用力，其傳遞速度為光速c，c = 3×108米•秒-1。 二、 電場力的“作用效果”問題 電場力既然是一種“傳遞性質(zhì)”的作用力，并且傳遞速度是光速，那么，它的作用效果就會受到這個傳遞速度的局限而受到影響，也就是說，電場力在極端高速狀態(tài)下，作用效果會隨著受力物體的運動速度的增大而減弱，其減弱系數(shù)是一個與電場力的傳遞速度和受力物體的運動速度有關(guān)的一個因子系數(shù)，這個因子系數(shù)為•（1 – v2/c2）1/2。把這個減弱系數(shù)引入牛頓第二運動定律，有： a = F/m •（1 – v2/c2）1/2 （1） 式中： v表示受力物體的運動速度，c表示電場力的傳遞速度， 減弱系數(shù)（1 – v2/c2）1/2是一個平方根的減弱關(guān)系。用w表示，即 W = （1 – v2/c2）1/2 （2） 三、 “時差系數(shù)”的出現(xiàn)原因 減弱系數(shù)需要通過實驗來確定，下面我們通過兩個光行實驗來討論這個減弱系數(shù)的來源。 實驗一 ：光行事件1 現(xiàn)有一火車以速度為v1勻速行駛在平直的鐵道上，在火車車廂內(nèi)設(shè)置一臺脈沖式激光儀，激光儀的正上方放置一塊平面鏡，令激光儀向平面鏡發(fā)射一束激光，激光束達到平面鏡被反射回來至發(fā)射原點，光束通過的路程是確定的，所用的時間也是確定的。 在運動學中，描述物體的運動需要選擇參照物而建立坐標系，對于上述光行事件，研究者可以以火車車廂為參照建立坐標系，這個坐標系稱為“運動坐標系”，簡稱“動系S”；研究者也可以以地面為參照物而建立的坐標系，這個坐標系稱為靜止坐標系，簡稱 “靜系O”，用這兩個不同的坐標系，去研究同一個光行事件，結(jié)果會怎么樣呢？ （a）、選擇車廂為參照物建立坐標系，在這個坐標系（運系s系）中，激光束在水平方向沒有速度，v= 0，在豎直方向上速度為c，運動一個來回通過的距離是2h，所用的時間為t，如圖1所示，（插圖1）根據(jù)路程與速度的關(guān)系有： 2h = c t （3） 求得時間為： t = 2h /c （4） （b）選擇地面為參照物，我們以光在平面鏡上的入射點為原點建立的坐標系，在這個坐標系（靜系O系）中，光在水平方向上橫移的速度與火車運動的速度相同為v，在豎直方向上速度為c，光的合速度則為c，如圖2所示，´ 根據(jù)速度合成原理有： c´2 = v2 +c2 （5） 在圖中，光束通過的路程是兩個斜邊，一個斜邊是c´光在1/2t所通過的距離,一個直角邊是光束在1/2t橫向位移的距離，另一個直角邊是h,根據(jù)勾股定理有： （1/2 c´ t）2 = h2 + （1/2 v t）2 （6） 將（5）式代入（6）解得： t = 2h /c （7） 比較（4）式和（7）式，完全相同，說明用兩個不同的坐標系研究同一個事件，坐標系是等價的。 雖然上述兩個坐標系是等價的，但是光的運行速度在兩個坐標系中確是不等價的，在靜系中，光束對于坐標橫向位移，造成光的合速度c´增大，而且隨著火車運動速度的增大而趨于非常大，如果沒有搞清楚這個原因，硬把靜止坐標系中的光速c´說成是運動坐標系（S系）中的光速c，那么，解（6）式得： t = 2h /c / （ 1 –v2/c2 ）1/ 2 （8） 將（8）式與（4）式比較，就會發(fā)現(xiàn)“靜系”比“動系”在時間的計算上，多出了一個因子系數(shù)，這個系數(shù)是人為因素造成的，因為出現(xiàn)在時間的計算上，我們把它稱為時差系數(shù)，用w´表示 W´ = 1/（ 1 –v2/c2 ）1/ 2 （9） 這個因子系數(shù)將隨我們著火車運動速度的增大而趨近于非常大，它的倒數(shù)將隨著物體的運動速度在增大而趨近于無窮小，我們把這個倒數(shù)用w表示，即： w = （ 1 –v2/c2 ）1/ 2 （10） 在實際研究中，人們在測定運動狀態(tài)的物體時，從動態(tài)物體上發(fā)射出來的光或者是被反射回來的光，其光速不是c，而人們又把它處理為c，因此，在計算結(jié)果上就會出現(xiàn)一些偏差，因此，需要引入一個糾偏系數(shù)予以矯正。這是坐標系對于光行橫移引來的偏差。 四、“時效系數(shù)”的出現(xiàn)原因 實驗二，光行事件2 現(xiàn)有一列火車以速度為v = 20米•秒-1勻速行駛在平直的鐵道上，在火車的車廂內(nèi)設(shè)有一臺脈沖式激光儀，令其每秒種向外發(fā)射一束激光，時間間隔為1秒。 為了研究這個激光儀發(fā)射激光束的時間間隔，我們可以利用兩個完全相同的測光儀去測定，一個測光儀設(shè)在火車車廂內(nèi)，隨火車勻速向前運動，用w1表示；另一個設(shè)置在火車前方的鐵道上方，用w2表示。 （c）、w1的測定 由于w1隨火車勻速向前運動，屬于同坐標系中實驗儀器的測定，每兩束激光束之間的距離是光在1秒鐘內(nèi)運動的距離為۟3×108米，激光束對于測光儀的運動速度是C，我們選第一束激光到達測光儀的時間開始計時，時間間隔用t表示，根據(jù)路程與速度之間的關(guān)系有： S = C t （11） 代入數(shù)據(jù)解得： t = S / C = 3×108米/ 3×108米•秒-1 = 1秒 測定結(jié)果表明，在同一個坐標系中，測光儀測定出來的時間間隔與激光儀發(fā)射激光束的時間間隔是一致的！ （d）、w2的測定 由于w2設(shè)置在火車前進方向的鐵道上方，對于地面是靜止的，屬于靜系測定動系的物理量，因此，測定起來就存在有兩種情況，一種是激光束靠近測光儀的情況，另一種是激光束遠離測光儀的情況。 (1)、激光儀靠近測光儀的測定： 從第一束激光達到測光儀開始計時，第二束激光發(fā)出時，火車到測光儀的距離減少了20米，激光束對于測光儀運動速度是C´= C + V ，根據(jù)路程與速度之間的關(guān)系有： t2 = S / C´ （12） 代入數(shù)據(jù)解得： t2 = S / C´ =（3×108米- 20米） / （3×108米•秒-1 ）+20米•秒-1 ≈ 0.9999998667秒 計算結(jié)果表明，測光儀測定的激光束的發(fā)射時間間隔比激光儀實際發(fā)射的時間間隔小 了一些，似乎是它發(fā)射的時頻加快了。（注意：測定結(jié)果與實際發(fā)射的時間間隔有偏差） （2）、激光儀遠離測光儀的測定： 當火車超過測光儀后，激光儀向測光儀發(fā)射激光束也從第一束激光束達到測光儀開始計，第二束激光發(fā)出時火車與測光儀的距離增大了20米，激光束對于測光儀運動速度是C" = C-V，根據(jù)路程與速度之間的關(guān)系有： t3 = S / C" （12） 代入數(shù)據(jù)解得： t3 = S / C =3×108米+20米 / （3×108米•秒-1 -20米•秒-1 ） ≈ 1.0000001333秒 從w2的測定結(jié)果來看，測定出來時間間隔t3比激光儀實際發(fā)射激光的時間間隔t大，似乎是發(fā)射時頻拉長了，是時鐘變慢了，并且這個偏差隨著坐標移動速度的增大而趨近于非常大。 從整個測定過程去看，激光儀放置在火車上，火車的運動速度沒有改變，火車的運動方向沒有改變，但是，w2的測定結(jié)果卻出現(xiàn)了變快和變慢兩種偏差，這種偏差隨著火車的運動速度的增大而趨近于無窮大。如果用坐標系去分析上述的實驗結(jié)果，測光儀是“靜系”中的儀器，而火車上的激光儀是“動系”中的物理量，“動系”中的物理量在“靜系”中是不等價性的，如果把激光儀發(fā)射頻率看做是一種時鐘的時頻，當它靠近測光儀時時間間隔變小，顯得 “時頻”變快，當它遠離時，時間間隔變大，顯得“時頻”變慢，可見，愛因斯坦在相對論中描述的運動時鐘變慢，就是遠去的情況，屬于測定效果的問題，當時，他只是“考慮”到了遠去的時鐘，并沒有考慮到靠近的時鐘。 五、電場力的作用效果 在高能物理實驗中，人們采用高壓電場去加速帶電粒子，電場力可以看作是一種推動作用力，這種推動力去推動一個遠去的受力物體，這就好比是一些連續(xù)的小槍彈碰撞一個懸空的大木塊，大木塊產(chǎn)生的加速度會隨著木塊運動速度的加大而減小，當木塊的運動速度接近于這個碰撞速度時，加速度變小，當大木塊的運動速度等于這個碰撞速度時，加速度消失，這是由于碰撞不到引起的，并非是木塊的質(zhì)量在趨近于無窮大！ 如果用坐標系分析，電場力是 “靜系”中的作用力，而被加速的帶電粒子屬于“遠離狀態(tài)”的運動物體，“靜系”中的物理量在“動系”中也是不等價的，它 隨著“動系”的移動速度在增大而趨近于無窮小，因此，我們需要引入一個減弱系數(shù)以反映這種作用效果的減弱，這就是減弱系數(shù)的出處。 篇末語： 在二十世紀初期，愛因斯坦推出了一個相對論，以解決電場力在高速狀態(tài)下的加速度問題，他是在牛頓第二定律中引入了一個質(zhì)量增大的系數(shù)，認為是在高速狀態(tài)下運動物體的質(zhì)量趨近于無窮大，實際上，這是一個誤解，物體的質(zhì)量是物體含物質(zhì)的多少，怎么可能在高速狀態(tài)下趨近于無窮大呢？實際上，這個加速度的減小是電場力作用效果減弱引起的，至于相對論中的其它推論，諸如：運動長棒在高速狀態(tài)下沿運動方向收縮，運動時鐘在高速狀態(tài)下變慢，都是不可能的，它們只是一個測定效果問題，需要引入糾偏系數(shù)予以矯正的。 本文研究的是一個重要的科學發(fā)現(xiàn)，那就是電場力在高速狀態(tài)下，作用效果會隨著受力物體的運動速度的增大而減弱，減弱系數(shù)是•（1 – v2/c2）1/2 ，把它引入牛頓第二運動定律中得：a = F/m •（1 – v2/c2）1/2 ，可用于解決高速狀態(tài)下物體的加速度問題，這個式子的發(fā)現(xiàn)，將意味著愛因斯坦在相對論中描述的“質(zhì)速關(guān)系”是錯誤的，也將意味著壟斷力學理論近一個世紀的相對論，將結(jié)束它的服役期限！ 本文作者：王玉生、馬程普、文紅陽 作者單位：山西省侯馬市教研室 郵政編碼：043000 |
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2012-11-21 15:39:40, 77 K
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2樓2012-11-21 20:09:54
3樓2012-11-24 17:26:36
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小木蟲: 金幣+0.5, 給個紅包，謝謝回帖
華麗的飄過: 民科的精神沒有任何一點值得欽佩，不能實事求是，不愿意去虛心老老實實學習，輕視專業(yè)人員多年的學習這一事實，無知者無畏罷了 2012-11-29 02:06:38
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華麗的飄過: 民科的精神沒有任何一點值得欽佩，不能實事求是，不愿意去虛心老老實實學習，輕視專業(yè)人員多年的學習這一事實，無知者無畏罷了 2012-11-29 02:06:38
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