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物質周期運動教學的論文

實用文 時間:2021-08-31 手機版

  周期性運動處處存在于物質運動狀態之中,天體、粒子的自旋和公轉具有周期性的,量子、粒子的周期變換運動和交換作用具有周期性的。而宏觀渦旋體是指非外力作用下所產生的轉動物體,如天體自旋和圓周曲線運動都是自然的,非人力或外力所為的。天體自旋與其中心速度同向側速度變大,質量密度變小,以使能密度w趨于均勻而質量具有彌漫趨勢,如式

  w=/2=k

  =2k/

  其中k為常數。反向側速度疊加變小,質量密度變大,以使能密度趨于均勻而質量濃縮趨勢,天體由彌漫外側趨向濃縮里側而作曲線或圓周或弦或圈態運動。如果里外側交換平衡,則相當于作用力等零下作的曲線或圓周或弦或圈態平動。它等價牛頓力學引力與慣性離心力平衡的解釋。可以說天體無不是周期性運動,包括自旋、公轉和多層次公轉。

  一、物體周期運動

  先從機械振動入手進行分析,通常外力(用手)先把彈簧變形或單擺移位,即產生位能,解除外力(放手)后,位能逐漸轉化為動能,動能最大時具有速度而持續運動,但逐漸轉化為位能,形成了周期性能量變換,并保持諧振,如彈簧的動能和位能之和為

  E=Ea+Eb=m/2+k/2=m。Sinωt+k。Cosωt

  =m。/2=k。/2

  =d/dt=-。ωSinωt=。Sinωt

  。=-。ω代入前式,則得

  ω=2πν=√(k/m)

  又如單擺(用手)移位所得的位能mgh=mgι(1-Cosθ),其中ι為擺長,放手后,位能就逐漸變換為動能,動能最大值時繼續動,并逐漸轉化為位能,形成了位能與動能周期性變換,如

  mgh=mgι(1-Cosθ)=2mgιSin(θ/2)≈2mgι(θ/2)=mg/2ι

  其中為往返擺動的弦弧

  =。Sinωt

  =d/dt=。ωCosωt=。Cosωt

  。=。ω

  E=Ea+Eb=mg/2ι+m/2=mg。/2ι=m。/2

  ω=2πν=√(g/ι)

  可見機械振動是能量周期性變換。由于地面物體或機械通常相對地面處于內外平衡狀態,即靜止狀態。啟動時需外加力作用才能相對運動或振動。但空氣摩擦或推壓(迫使空氣處于周期性疏密變換)作用,振動能逐漸轉化為熱量,又使振動逐漸減少,最后停下來。對于非地面物體就可忽略這個問題。

  地面宏觀物體通常處于相對平衡靜止狀態,要運動就要對物體外加作用力或其它能量方式轉化而成的,作用力一旦解除,物體就會停下來。牛頓力學解釋為摩擦作用的結果,以解決勻速直線慣性運動問題。實際上物體什么方式運動都有過程持續性,即慣性,并非勻速直線運動特有的。物體變換頻率是粒子變換頻率疊加,即粒子頻率或變換能之和,使宏觀物體變換頻率異常之大,以致波長或波動相鄰峰值間距λ=/ν變成極小,遠小于宏觀物體線度,根本體現不出波動性,呈勻速直線運動。宏觀物體交換能是粒子交換能hΔν之和,即hΔν,使總頻率范圍擴大,交換能也變大且復雜化,其重疊的結果失去波動性或者失去交換量子數能級屬性。可見宏觀物體不具有微觀粒子的允許能級或量子數或波動運動屬性,而處于相對靜止或平動運動。

  可以說穩定物質基本狀態是周期性運動,那么穩定的'宏觀物體又如何解釋?地面宏觀物體內部是周期性運動不規則疊加而成的非周期性狀態,外部來看是處于作用平衡而相對靜止狀態,其運動則要外加作用力或破壞其平衡狀態才能產生運動。宏觀物體可以分解為周期性疊加來分析。宏觀物體是由大量粒子不規則運動構成的,平動和變換運動構成一定方式分布的。平均粒子動能是溫度的本質或者內能有關的參量,變換運動疊加可改變為部分交換能,另外部分與平動合在一起構成整體上靜止或勻速直線運動。可見宏觀物體靜止或勻速直線運動可分解為周期性交換作用和周期性變換運動的疊加。然而這樣做不但沒有必要,而且把問題復雜化且難以應用。這種情況下仍然采取牛頓力學處理,可使問題簡化和便于應用。只要記住機械物體靜止和勻速直線運動是其內部大量粒子周期性交換和周期性變換運動疊加的結果。地面物體轉動是外加力矩作用或原處于地面平衡靜止狀態被破壞下引起的運動狀態,仍然可用牛頓力學處理。

  二、場質周期運動

  廣泛而本質地說,渦旋運動均勻趨勢不僅是質量趨心成自旋體和周圍萬有引力場質和磁場質產生根源,而且是自旋體平衡趨勢的曲線、圓周、弦、圈態運動和周期變換運動、交換作用的根源。而平衡穩定的物質運動必定處于周期性運動狀態。最基本穩定物質是光量子或電磁波(同步運動電磁量子的集合),它是周期性渦旋運動濃縮質量,變換為平動運動,平動運動的極限性,又使其變換為渦旋運動,形成周期性變換運動。而且因在平動的垂直方向上是渦旋運動周期性變換方向,才能在高速平動時保持對稱平衡的穩定狀態。又由于周期變換情況下失去渦旋運動屬性,而保持直線平動運動。這樣光量子或電磁量子可以看成周期變換運動和直線平動構成的穩定運動狀態的物質系統。

  光量子由于自旋已與部分平動周期變換而失去自旋屬性,即只存在直線平動運動和周期性變換運動,其總能是平動能與變換能之和,且各占總能一半,即

  mc=mc/2+hν/2=hν

  此式可以看成相對論與量子論統一表達式。同頻率同步光量子束可用周期性電磁場波函數描述

  H=H。Sin2π(νt-ι/λ)

  G=G。Con2π(νt-ι/λ)

  其平方之和可以描述為量子束能密度或粒子數密度。其磁場強度相應于量子渦旋運動,電場強度相應于量子平動運動。也就是說同步的量子束的集體行為可以用電磁場及其電磁波來描述,在這個意義上光可以看成電磁波,是原子級的電磁波。場的描述是指定坐標系空間一點參量變化的描述,而不管經過這點的具體量子或其它物質。相對論時空實際上是場的時空,適合于描述電磁場。

  磁場是高速微渦量場,電場是交換不平衡或加速場質的電磁場,引力場是渦旋運動引起的質量趨勢作用場。各種場物質處于高速運動狀態,它們之間即使在空間重疊也是各自獨立各不相干的。光量子間相位和方位是隨幾的,不相干的。只能通過光滑介面實現量子間相位和方位調整。調整后的光量子束與電磁場一樣可以用場能密度描述

  w=k’(μH+εG)

  其中H為磁場強度,G為電場強度,k’為常數。

  電磁場從天體到微觀粒子周圍處處存在,大體可以分為天體級電磁波、物體級的微波和無線電波、分子級紅外線、原子外殼層級的可見光和紫外線、原子內殼層級的x射線、原子核級的γ射線等。愈后面變換頻率愈高,愈呈粒子性或量子性。如原子級輻射的可見光量子由各個原子發射,其相位和方位都是隨幾的,各不相干的。只有經過光滑介面作用實現相位和方位調整而處于較同步運動狀態。這時可以用上式描述能密度。然而周期性運動的微觀粒子的作用不同于宏觀物體的作用,描述根本不能套用牛頓力學,只能采取能量描述。穩定物體間作用力本質是能量交換,且總能不變性。因此量子入射光滑介面時,相位是隨幾的,即動能改變量不同,而交換能量一致性,只能通過停留介面時間來調節的。動能改變量ΔE愈大,接觸時間Δt愈小,或者動能改變量ΔE愈小,接觸時間Δt愈大,兩者乘積為常數

  h=ΔEΔt

  電磁場主要應用于能量或力傳輸(低頻率高壓強電狀態)和電磁信號信息(高頻低壓弱電狀態)傳播的兩方面應用,對于此文來說主要是后者,即電磁周期性運動中對信號信息的傳播。高頻率電磁場或電磁波所具有量子性愈強,愈不易被地面或大氣所吸收,傳播距離愈遠。因此短波比長波傳播的距離要遠。聲音或圖像可以變換為控制電磁波發射的輻度(即產生量子數密度)或頻率(即輻射前重疊上電磁變換頻率)以便聲、圖隨高頻率電磁波傳播。接收時作相反的控制,取出聲、圖的信號信息。


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