物理实验,被中学物理定律破灭了

2019-10-13 作者:世界史   |   浏览(59)

原标题:【物理实验】经典的物理实验,你也会爱上物理的!

在西方人类近代史上,物理学家们曾经有一个非常美好的梦,他们想设计一个这样的机器,“不需要消耗任何能量但是却能永远不停工作的机器”——永动机!

美国商务部专利与商标局有一项禁令,不可以授予永动机类申请以专利证书,这项禁令是在102年前就开始的。事实上,很多国家都有类似的禁令,或在专利机构,或在科学主管机构,比如法国科学院早在1775年就宣布不再刊登永动机的通讯论文。

在初中就学过物理学中著名的能量守恒定律:“能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一个物体传递给另一个物体,而且能量的形式也可以互相转换”。在科学概念的领域里,通过学习不难理解,生活中也要遵守能量守恒定律。一个人具备的健康、知识、情商等等之和也是一种能量,也不是凭空产生,在先天的基础上需要不停的从其它地方吸收能量。能量也可以互相转化,知识可以转化为能力,能力可以转变成新的知识。

能量守恒定律规定:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。 为了证明能量守恒定律是正确的,安德烈亚斯·瓦尔不施加外力的情况下向贴着自己的脸释放了一个重一吨的球,球像钟摆一样来回摆动,瓦尔的脸没有受到撞击。

在13世纪时,一个法国人亨内考提出过一个著名的永动机设计方案,如下图所示:

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我们也知道有个运动定律:力总是相互作用的,体现了两个物体之间相互作用制约联系的关系。在生活中许多事情特别是社会关系就像作用力和反作用力是相互作用的。一个宽容和谐的社会作用与群体时,群体也是用宽容和谐对待社会。人与人之间相互作用也是如此,互相信任帮助还是互相猜疑等等都体现这样的原理。

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为什么科学界会认定,永动机不可能造出来呢?

让思维天马行空随意想象,不可能如物理定律般去证明。这些自然定律隐含生活哲理,知道获得生活的能量需要付出其它能量才能得到,要想得到爱的反作用也要付出爱的作用等等。大自然很神奇,物质世界不可违背这些规律,生活中也一样要遵守。

当物体接近中心点时,物体转动得更快。 因此,安德烈亚斯·瓦尔距离地面14米高的位置下落,在另一端附着一根松紧的绑住球的绳子,球从摆动到做圆周运动,最后缠绕起来,结果证明,他并没有摔在地上。

这位法国人认为,右边的球比左边的球离轴远一些,因此右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大,这样轮子就会如图永不停息的转动下去,从而带动机器永远转动下去。可是结果并没有实现不停息的转动。

很久以前就有人对永动机感兴趣,甚至连达·芬奇都做过类似的工具。在中世纪,由于没有煤炭、石油等现代燃料可供应用,人们设计的永动机大多是个纯机械工具,比如在一个转轮上设计不同长度的悬臂,想让转轮一直转下去,结果所有的工具最终都以失败而告终。

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其实,分析一下就可以发现,虽然右边每个球产生的力矩大,但是球的个数少,左边每个球产生的力矩虽然小,但是球的个数多,于是,轮子不可能持续转动下去而对外做功,只会摆动几下后就停下来。

之所以中世纪的人们会相信一个机械可以不靠外部能量和力量永久转下去,是因为当时热力学第一定律尚未形成。在19世纪初,很多科学家都相信风靡一时的“热质说”,即把热认为是一种物质,然而,“热质说”却无法解决很多热力学中的关键性问题。

子弹在水中比空气中的运动更难,因为水分子比空气分子更紧密。 为了显示抵抗力的差异,安德烈亚斯·瓦尔将自己置于淹没在水中的武器面前,并将其自发射击。结果:瓦尔并没有中枪。

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通过一系列的实验,英国物理学家焦耳最终证实了能量守恒定律,即今天人们所说的热力学第一定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,而能量的总量保持不变。

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在能量守恒定律下,机器不可能不靠任何能量来转动,而能量不可能凭空产生,不消耗能量的永动机,自然不可能存在。而通过机械精巧设计,想让机械能实现守恒,在地球上也是不可能实现的,因为机械运动时会有摩擦,一部分机械能会转化为内能,所以达·芬奇的永动机不可能实现。人们将这一类永动机称为第一类永动机,为什么叫“第一类”呢?因为还有第二类。

警告:这些试验一般人不要尝试,这些物理条件都是经过科学测验过的,不能一味的模仿和复制。即使专业的物理专业人士,即使你知道条件全部合格的情况下没有危险,做这种实验也是要突破心理障碍的。

在17世纪和18世纪出现了各种流行的永动机设计方案。有采用螺旋汲水器的,有利用水的浮力、轮子的惯性和毛细作用的,也有利用同名磁极相互排斥作用的。

第二类永动机看似是符合能量守恒定律的,有人设想,既然大自然中那么多能源,要知道,就连空气中都是有氧元素的,可不可以实现将能源全部转化,即制造出从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其他影响的热机。事实上,后来人们想出来的大部分永动机,就是这种“第二类永动机”。

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可是,到了18世纪末,不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性。

第二类永动机违背了热力学第二定律,这一定律有很多表述方式,其补充了能量守恒定律,即能量转化是有方向性的。德国物理学家的克劳修斯表述为“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体”,英国物理学家开尔文表述则是“不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响”。简单来说,大海里有的是氢元素和氧元素,但是想完全将其转化为能量为人类所用是不可能的。换言之,内能不可能在没有任何损耗的情况下,全部变为机械能。

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也是,谁也不可能不吃饭只干活啊,只干活的话不累死也得饿死。

1775年,法国科学院决定再也不受理永动机的设计方案。

科学家们渐渐悟出了一个道理,永动机之所以不能实现肯定是因为由于某一个普遍定律的限制。

这启示了人们,不能再为了设计永动机而煞费苦心了,所以转而都致力于这一种从来没有发现的普遍定律的挖掘工作中。

结果非常显著,在19世纪40年代,不同国家的十几位科学家以不同的方式各自独立的提出了能量守恒的观点。

人们认识到:能量既不会凭空消失,也不会凭空产生,能量只会从一种形式转化为另外一种形式,或者从一个物体转移到另外一个物体,在转化和转移的过程中能量的总量保持不变。

这,就是最著名的“能量守恒定律”!

“能量守恒定律”使“永动机”这一个世纪之梦被彻底的打破了。

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