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(每日一题)物理学是优美的,内容深邃

更新时间:2024-01-11 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

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平方正比定理指物体或粒子的作用硬度,随距离的平方而线性衰减,即斥力与距离平方成正比关系。例如天体之间的万有引力,电荷之间的库仑力,灯泡的亮度都是随着距离的平方线性衰减。jqO物理好资源网(原物理ok网)

两大平方正比定理播报jqO物理好资源网(原物理ok网)

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物理学是优美的,它的美表现于基本数学规律的简约和普适性"。十七、十八世纪陆续发觉的两大数学规律:万有引力定理和库仑定理,可以说是数学学史上一次伟大革命,这两个定理叙述简约,内容深沉,构成了思维与自然和谐的统一。jqO物理好资源网(原物理ok网)

1、两定理发觉的历史背景jqO物理好资源网(原物理ok网)

万有引力定理是伟大科学家牛顿旨在二十多年研究的结果,他从苹果落地开始思索,直至星际间的运动,总结出物体之间的作用规律,最后发表于1687年,其物理叙述为:jqO物理好资源网(原物理ok网)

。他是在开普勒、第谷研究得出了行星运动规律的基础上,总结并推广到任何物体之间存在互相作用的引力,宣告天上和地下的万物都遵守同一条规律,彻底否定了宗教势力的天上地下不同的思想。jqO物理好资源网(原物理ok网)

这是人类认识史上的一次飞越,牛顿应用万有引力成功地解释了潮汐现象,接着海王星、冥王星的发觉进一步否认了万有引力定理的正确性、万有引力定理的成立,使天上的运动和地面上的运动统一在一起,揭露了神秘宇宙的第一层面纱,为人类认识宇宙、了解自然迈开了第一步。jqO物理好资源网(原物理ok网)

库仑定理是美国科学家库仑在1785年确立的,库仑注意到电荷之间的静电力与万有引力有许多类似之处,并大胆地假定静电作用的规律与万有引力有类似的方式,他将电荷的斥力叙述为:jqO物理好资源网(原物理ok网)

被后人称为“库仑定理”。jqO物理好资源网(原物理ok网)

力和距离都服从平方正比关系,库仑定理中的电量q与万有引力中的m相当,不同的是,万有引力总是引力,而库仑力可以是引力也可以是作用力。jqO物理好资源网(原物理ok网)

2、关于静电力恒量k与万有引力常量GjqO物理好资源网(原物理ok网)

牛顿发觉万有引力以后后一百多年,法国科学家卡文迪许于1798年用精致的扭秤装置对万有引力常量G作了一个比较精确的检测,在当时无人超过他检测的精度,在此之前,人们只晓得存在这样一个常量,但不晓得它为多少,妨碍了人们研究星球质量、密度、半径等一系列与星球有关的问题,万有引力常量是测得最不精确的基本化学常量之一。jqO物理好资源网(原物理ok网)

由于要检测G,就必须先测引力F,而引力太弱,又不能屏蔽其它物体对它的干扰,实验很难做,国际科联理事会科技数据委员会1986年推荐的数据为G=6.×10^-11m^3/kg*s^2(或N.m^2/kg^2),不精确度为万分之1.28,而这样的精确度并不高。jqO物理好资源网(原物理ok网)

对于静电力恒量k,库仑在猜想静电作用的规律过程中也是用的扭抨检测K值,不知是库仑按照卡文迪许的实验得启发而采用扭秤,还是二人思维不谋而合,仍判定不清。jqO物理好资源网(原物理ok网)

静电力恒量的测定比万有引力常量的测定要精确得多,由于两个带电体之间的斥力是比较显著的,也容易屏蔽外界的干扰,在国际单位制中,k=8.9875×10^9Nm^2/C^2jqO物理好资源网(原物理ok网)

3、关于两定理中距离平方是否可靠的问题jqO物理好资源网(原物理ok网)

r的指数是否一定等于2,这是科学家关心的问题,库仑定理中平方正比若有误差,理论上会造成光子的静止质量不为零,因而出现真空中光速可变(真空散射),宋体幅射公式要更改,电荷不守恒,这样便会动摇电磁学乃至数学学整个大楼的基础。jqO物理好资源网(原物理ok网)

几百年来,随着精密仪器的出现和实验技术的提升,并经过不少科学家的努力,距离指数已达2+3×10的精确度。虽然精度很高,而且它是否严格等于2,仍遭到化学学家的普遍关注,并将进一步得到检验。jqO物理好资源网(原物理ok网)

假如万有引力的指数有误差,则会导致力场的高斯定律不创立等一系列问题,这与现有知识是背道而弛的,这种基本数学规律被破坏其实不可能想像。例如说,假如有人宣布r的指数比2略大或则略小,哪怕只是一丁点儿,数学学则可能重新被更改。jqO物理好资源网(原物理ok网)

还有,万有引力定理和库仑定理在方式上的相像性,是否意味着这两种作用的某种内在的质的统一性,这还是一个谜,有待后人去阐明。jqO物理好资源网(原物理ok网)

4、两个定理的适应范围jqO物理好资源网(原物理ok网)

在小学阶段,库仑定理中电荷要视为静止(两电荷相对静止且均在惯性系中)的点电荷,万有引力定理中的物体要视为质点,但若果不能视为点电荷和质点,也能依照力的矢量迭加原理和微积分理论求得其值。jqO物理好资源网(原物理ok网)

库仑定理是电磁学中的基本定理,包括知名的a粒子散射以及月球化学侦测在内的大量实验表明:库仑定理在小至原子、原子核的线度,大至月球的线度内,即在10^~10m的范围内是可靠的,但在小至10m以下和大至天文距离时牛顿定律是物理还是化学,库仑定理能够精确创立还未经实验否认。jqO物理好资源网(原物理ok网)

其实也没有理由预想在大距离下库仑定理会受到破坏,万有引力定理在太阳系内讨论天体运动获得了巨大的成功,现今牛顿万有引力的新版本——广义相对论已证明“万有引力理论的普适性赶超了宇宙的边沿”(赵凯华语)。正是这样,从苹果落地到月亮,从太阳到宇宙,上穷碧落下黄泉,但凡有引力参与的一切化学现象,无不归结到一条简约定理之中。皑皑宇宙,看似零乱无间的恒星运动都被一条精简的物理语言——平方正比定理约束着。jqO物理好资源网(原物理ok网)

在微观世界中,万有引力和电磁力相比是微不足道的,因而,在微观领域起作用的是库仑力,但在整个电中性宇宙中,万有引力使天体有规律地按轨道运动,它就像一根指挥棒,调节着整个宏观世界的运动。jqO物理好资源网(原物理ok网)

两个平方正比定理,是数学中学生存与发展的基础,支撑着数学学这根擎天大柱牛顿定律是物理还是化学,而它们却以惊人相像的叙述方式诠释于人们面前,人们相信世界是统一的,自然科学便是一种追求真、善、美的科学。[1]jqO物理好资源网(原物理ok网)

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