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談廣義相對(duì)性原理

時(shí)間:2024-08-10 18:13:30 物理畢業(yè)論文 我要投稿
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談廣義相對(duì)性原理

  如果認(rèn)為地球上的自由落體系可以推廣到太陽(yáng)上,地球可以劃分為太陽(yáng)的自由落體系里嗎,在地球上受到太陽(yáng)引力的物體,在地球看來(lái)慣性定律成立的很好。地球就是很好的慣性系。(就算地球本來(lái)是一個(gè)非慣性系。)
  飛船里的人又感到有了“重量’’與引力場(chǎng)中人受到引力一樣嗎?
  假如這里脫離了任何天體的引力,飛船在靠慣性飛行。那么飛船里的人和一切物體都處于‘失重’狀態(tài),可以飄在空中,從手里松開(kāi)的任何東西也不會(huì)往下落。如果飛船又開(kāi)動(dòng)了火箭,以一定的加速度 向前飛行,那么飛船里的人又感到有了‘重量’,原來(lái)在空中漂浮的東西又紛紛加速下落。如果飛船的加速度等于g=9.8米/秒2 ,那么這些現(xiàn)象就跟飛船停在地面時(shí)發(fā)生的一樣。假定飛船里的乘客完cuan聽(tīng)不到飛船的火箭工作的聲音,他又看不到飛船外的任何物體,他就無(wú)法區(qū)分飛船是靜止在地面或是在沒(méi)有任何引力的空間做加速飛行。
  以上說(shuō)的現(xiàn)象,其實(shí)也是物體受力在做加速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象與物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到慣性力的現(xiàn)象(或者說(shuō)參照系受到力看到不受力的物體做加速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象)。
  兩種現(xiàn)象是等效的。我們無(wú)法確定物體是受力在做加速運(yùn)動(dòng)或受到慣性力加速運(yùn)動(dòng)(或者說(shuō)參照系受到力看到物體做加速運(yùn)動(dòng)).
  我們不能用實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)物體是受力在做加速運(yùn)動(dòng)或是物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)受到慣性力(或者說(shuō)參照系受到力看到靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體做加速運(yùn)動(dòng))。我們無(wú)法確定一個(gè)物體是在做變速運(yùn)動(dòng)或是在做勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止。(廣義相對(duì)性原理)
  慣性系是指慣性定律在其中成立的參照系。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分兩種:物體不受力時(shí),保持原來(lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài);物體受力時(shí),產(chǎn)生加速度,處于有加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。地面與地面相靜止的參照系與相對(duì)于地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系,牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立,屬于慣性系。在相對(duì)于地面做變速運(yùn)動(dòng)的參照系中,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立,屬于非慣性系。我們無(wú)法區(qū)分一個(gè)物體是受力做變速運(yùn)動(dòng)或是物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)受到慣性力。所以我們無(wú)法區(qū)分慣性系與非慣性系。    
  對(duì)于一切參照系,物理規(guī)律都相同。我們把物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為兩類(lèi):一不受力處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng);另一類(lèi)受力產(chǎn)生加速度。那么其他物體或者處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),或者處于受力產(chǎn)生加速度的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么其他物體或者與靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體相靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng);或者與處于加速度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體相靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。在慣性系中,物體不受外力時(shí)具有(與慣性系)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì);在非慣性系中,物體不受外力時(shí)具有(與非慣性系)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)(例如自由落體系,與非慣性系具有相同加速度的物體不受力)。與慣性系保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在非慣性系看來(lái)就是都在做加速運(yùn)動(dòng);與非慣性系保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在慣性系看來(lái)就是都在做加速運(yùn)動(dòng)。
  飛船里的乘客無(wú)法區(qū)分飛船是靜止在地面或是在沒(méi)有任何引力的空間做加速飛行。就是說(shuō),飛船里的乘客無(wú)法區(qū)分自己是處于引力場(chǎng)中還是加速系中,自己是受力在做加速運(yùn)動(dòng)還是自己是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)受到慣性力。 
相對(duì)性原理 我們不能用實(shí)驗(yàn)證明物體是靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。我們無(wú)法確定自己是處于靜止系中或勻速直線運(yùn)動(dòng)系中。靜止系中現(xiàn)象與勻速直線運(yùn)動(dòng)系中現(xiàn)象一樣。
  根據(jù)等效原理,引力場(chǎng)可以用非慣性來(lái)消除,例如在引力場(chǎng)中自由降落的參考系中就消除了引力,在這個(gè)自由落體系中,慣性定律很好地成立,一個(gè)不受外力作用的物體將保持其原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這一參考系實(shí)在是很好的慣性系,其中物理規(guī)律具有狹義相對(duì)論的形式。
  對(duì)于一切參照系,物理規(guī)律都相同。廣義相對(duì)性原理。我們知道慣性系與非慣性系是不同的,那么這句話我們是如何理解的?
  運(yùn)動(dòng)的合成分兩種:
  從勻速飛行的飛機(jī)上向地面空頭物資,飛機(jī)上的人以飛機(jī)做參照系,看到投下的物體是沿直線豎直下落的,地面上的人以地面做參照系,看到物體是沿曲線下落的。以上是物體相對(duì)于參照系s1 具有某一速度,s1相對(duì)于s 有一速度值,屬于速度合成定律,屬于運(yùn)動(dòng)的合成;飛機(jī)勻速向上飛行,方向與水平方向成30度角。這屬于物體的合運(yùn)動(dòng),屬于運(yùn)動(dòng)的合成。

  物體的平拋運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象可以看成大船上的自由落體運(yùn)動(dòng),大船勻速直線運(yùn)動(dòng)(路面上的觀察者)的現(xiàn)象。這是因?yàn)榇蟠倪\(yùn)動(dòng)對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)沒(méi)有影響,與大船靜止時(shí)一樣。
  物體的平拋運(yùn)動(dòng),在物體看來(lái)物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)沒(méi)影響;反過(guò)來(lái),自由落體運(yùn)動(dòng)不影響勻速直線運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)槲矬w慣性各向的同等性(是否?)
  物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)對(duì)物體的受力加速運(yùn)動(dòng)并沒(méi)有影響,反過(guò)來(lái),物體的受力加速運(yùn)動(dòng)對(duì)物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)有影響嗎?我認(rèn)為不影響。
  物體的水平方向加速運(yùn)動(dòng)與向上(下)的勻速直線運(yùn)動(dòng),也能在速度合成定律中看到這一現(xiàn)象嗎?能在加速系中看到勻速直線運(yùn)動(dòng)不受影響嗎?
  我們知道,在車(chē)廂里的桌面上放一個(gè)小球(火車(chē)勻速直線運(yùn)動(dòng))。相對(duì)于車(chē)廂參照系來(lái)說(shuō),小球保持靜止。小球所受合外力為零,現(xiàn)在設(shè)想車(chē)廂開(kāi)始向右做加速運(yùn)動(dòng),在車(chē)廂里觀測(cè),小球?qū)⑾蜃笞黾铀龠\(yùn)動(dòng),而小球并沒(méi)有受到其他物體的作用力。那么車(chē)廂做加速運(yùn)動(dòng),對(duì)其中的勻速直線運(yùn)動(dòng)沒(méi)影響嗎?
    而課本85頁(yè)(高中一冊(cè))提出,如果水平加速移動(dòng)玻璃管,由于水平分速度矢量不再是恒定的,合速度矢量也不在是恒定的,蠟塊就不能做直線運(yùn)動(dòng)了。蠟塊沿著曲線運(yùn)動(dòng)。
    我們知道相對(duì)性原理,那么相對(duì)性原理為什么成立呢?為什么看不到水滴滴在罐子的外面呢?水滴為什么不向后運(yùn)動(dòng)呢?
    原來(lái),大船勻速直線運(yùn)動(dòng)中相對(duì)于大船靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體與大船靜止時(shí)與大船相靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體是不一樣的。
    大船勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)看來(lái):在大船靜止時(shí),與大船相靜止的物體,是向后運(yùn)動(dòng)的;而與此時(shí)大船相靜止的物體,與大船一起運(yùn)動(dòng),與大船相靜止,在大船中的觀察者看到的現(xiàn)象與大船靜止時(shí)現(xiàn)象一樣。
    以上在車(chē)廂加速系中(非慣性系),我們看到的是與勻速直線運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂相靜止的物體(小球)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與大船勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的與大船靜止時(shí)相靜止的物體現(xiàn)象性質(zhì)一樣。一個(gè)是向后做加速運(yùn)動(dòng)(不受力),不符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律;一個(gè)是向后做勻速直線運(yùn)動(dòng)(原來(lái)相對(duì)靜止的),不符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律(原來(lái)相對(duì)靜止的物體變?yōu)橄鄬?duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)了,與慣性不符)。(此處明白?)(原來(lái)相靜止的物體相靜止,原來(lái)相勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體相勻速直線運(yùn)動(dòng);原來(lái)相靜止的物體不會(huì)變?yōu)橄鄤蛩僦本運(yùn)動(dòng),原來(lái)相勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體不會(huì)變?yōu)橄囔o止。--這是慣性)
    而另一種情形是與向右加速運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂相靜止的物體的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象與大船勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)看到的與大船此時(shí)相靜止的物體現(xiàn)象性質(zhì)一樣。
    大船靜止時(shí),與大船相靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律;大船做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),與此時(shí)大船相靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì);  與大船相靜止,就是說(shuō)與大船處于同一狀態(tài)。那么,大船做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),與此時(shí)大船相靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體,是否有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)呢,是否符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律?
    大船做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),我們將發(fā)現(xiàn)物體具有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì),與大船靜止時(shí)現(xiàn)象一樣。有與物體的合運(yùn)動(dòng)相一樣的現(xiàn)象,有加速系中的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

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