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動(dòng)力能量學(xué)基礎(chǔ)理論的提出及應(yīng)用原理示意——?jiǎng)恿W(xué)基礎(chǔ)理論的集合及牛頓力學(xué)定律的定位與“能量守恒”、“相對(duì)論”的關(guān)系

2010-03-10 11:59:34李輝林
關(guān)鍵詞:能量守恒阻力物體

李輝林

(中國(guó)湖北武漢430064)

引言:“蘋(píng)果落地”解釋了人類所觀察到的發(fā)生在身邊的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象;“相對(duì)論” 試圖用“假設(shè)” 解釋人類不能身臨其境的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。然而,用現(xiàn)象解釋現(xiàn)象就可能出現(xiàn)假象,如“慣性運(yùn)動(dòng)a=0”本不是一種自然狀態(tài)(運(yùn)動(dòng)守恒不等于“能量守恒“);“質(zhì)量”在自然界通常是“重量”;“光子”運(yùn)動(dòng)在隨處都變化的“引力場(chǎng)強(qiáng)”中,速度保持V=3×105km/s 并做直線運(yùn)動(dòng)也都是不可能的?!白匀环▌t”是有“現(xiàn)象” 與 “本質(zhì)” 兩個(gè)層面以及相互關(guān)系和變化規(guī)律,那么怎樣認(rèn)識(shí)并加以利用運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象與本質(zhì)?這就是“動(dòng)力能量”學(xué)。

1 對(duì)牛頓力學(xué)三定律概念的新解[1]

將牛頓力學(xué)定律過(guò)于的獨(dú)立、抽象化,雖然有利于分析研究,但同時(shí)也會(huì)影響對(duì)其深入的了解而限制了研究和應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化工業(yè)和科技的發(fā)展,它們?cè)械睦碚撘渤霈F(xiàn)了需要深入解讀的領(lǐng)域,如它們的基本概念的區(qū)別與相互關(guān)系,還有動(dòng)力效率等問(wèn)題已不是從前那樣的簡(jiǎn)單。

1.1 F=m·a 的解讀

1.1.1 在經(jīng)典動(dòng)力學(xué)中F 同時(shí)表示的是動(dòng)力(重力)加速度又是靜態(tài)作用力,但兩者的物理狀態(tài)和計(jì)算單位都不相同。動(dòng)力加速度是使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的增量或是物體運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)增量所產(chǎn)生的絕對(duì)力。二者應(yīng)該區(qū)別為:F=-F’,F(xiàn)a=m·a(只能說(shuō)明動(dòng)力的量值關(guān)系)。

F=m·a 表達(dá)了某運(yùn)動(dòng)物體與力的量值關(guān)系,但沒(méi)有表達(dá)出量值是由哪些必須的共生物質(zhì)參與,以及它們各自的大小、作用、狀態(tài)還有對(duì)其共生關(guān)系的影響。在動(dòng)力學(xué)中多數(shù)是三元?jiǎng)恿ο担▌?dòng)力、運(yùn)動(dòng)體、運(yùn)動(dòng)阻力三種基本物質(zhì)。慣性動(dòng)力為二元?jiǎng)恿ο?。)才能?gòu)成物體被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的基本條件。其中動(dòng)力是由質(zhì)量的能量轉(zhuǎn)化的,而目的運(yùn)動(dòng)體的質(zhì)量是不變的。

[Fa=m·a]≠[-Fa”] 公式1(啟動(dòng)時(shí)靜阻為-F’max、動(dòng)阻為-Fa”min)

(三元?jiǎng)恿铀訇P(guān)系方程式,只有當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)a=0 時(shí)公式1 才為等式。)

圖1 三元?jiǎng)恿ζ胶怅P(guān)系圖

Fa 為動(dòng)力源的加速力,m·a 為物體的運(yùn)動(dòng)力,-Fa”為加速運(yùn)動(dòng)阻力(負(fù)號(hào)為運(yùn)動(dòng)方向相反;阻力介質(zhì)公共。)。公式1 含有兩對(duì)靜態(tài)作用力與反作用力:Fa=m·a,m·a=-Fa”;一對(duì)動(dòng)態(tài)作用力與反動(dòng)態(tài)作用力:Fa=-Fa”。給物體m 施加一個(gè)動(dòng)力的增量Fa,m 就會(huì)有一個(gè)因運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的阻力-Fa”試圖相抗衡,只有當(dāng)系統(tǒng)a=0 時(shí),它們才是一對(duì)大小相等,方向相反,作用在同一直線(矢量合)上的運(yùn)動(dòng)力。(公式1 也是動(dòng)力存在的必然)。

1.1.2 使m 產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)是另一種物質(zhì)的Fa將能量傳給的(能量守恒),具有Fa 的物質(zhì)叫動(dòng)力Fp或動(dòng)力源,F(xiàn)a 在運(yùn)動(dòng)中不斷地將能量傳給m 并作為m 的動(dòng)量Pm=m·v 儲(chǔ)存。Fp 在等效(100%)座標(biāo)系(圖1)中為半徑,F(xiàn)a 為橫坐標(biāo),P 為縱坐標(biāo),關(guān)系園在第Ⅰ象限。

Fp2=P2+Fa2或a2+V2=1 公式2(動(dòng)力園方程式、不存在無(wú)m 的a 或無(wú)m 的V)

1.1.3 如果Fa=C、a=C,因?yàn)槿魏蝿?dòng)力的能量都不可能無(wú)限大或不受時(shí)限,以支持m 做無(wú)止盡的加速運(yùn)動(dòng)。所以動(dòng)力加速度恒定等于常數(shù)是不存在的,只存在一種物質(zhì)將等量的能量傳遞給另一種物質(zhì),并以動(dòng)力加速度的衰減形式來(lái)完成一次能量傳遞過(guò)程。

公式3(不等動(dòng)力轉(zhuǎn)換方程式)

1.1.4 當(dāng)系統(tǒng)a>0 時(shí),動(dòng)力Fp的速度大于m 的速度(運(yùn)動(dòng)在靜阻與動(dòng)阻間),在m 上產(chǎn)生Fa,此時(shí)Fp作用在m 上,使m 作a 運(yùn)動(dòng)并將Fp的Fa 轉(zhuǎn)化成動(dòng)量Pm的增量△Pm儲(chǔ)存,直到動(dòng)力與物體的速度相等a=0。說(shuō)明動(dòng)力系是由動(dòng)態(tài)定量與動(dòng)態(tài)變量?jī)刹糠纸M成的。前者等于阻力約束,后者由不受阻力約束到逐漸被阻力約束。1.1.5 當(dāng)系統(tǒng)a=0 時(shí),動(dòng)力的V 等于m 的V,因?yàn)榇藭r(shí)Fp相對(duì)于m 沒(méi)有速度差,即使Fp>>-Fp”,也大多是在做無(wú)用功,系統(tǒng)動(dòng)平衡表現(xiàn)的是三元整體狀態(tài)。如圖1 中QA 點(diǎn)的系統(tǒng)的平衡為PA=Pm公共狀態(tài),而

(勻速動(dòng)力平衡式,與所謂慣性運(yùn)動(dòng)是有區(qū)別的)

1.1.6 當(dāng)系統(tǒng)a<0 時(shí),F(xiàn)p的V 小于m 的V,說(shuō)明Fp脫離了m,動(dòng)力無(wú)論多大相對(duì)于m都是在做無(wú)用功,動(dòng)力對(duì)于系統(tǒng)分析已失去意義(如果沿動(dòng)力線反回就是減V 增a)。此時(shí)物體m 的慣性動(dòng)能就會(huì)因克服運(yùn)動(dòng)阻力而釋放,直到V=0 時(shí),Pm=0,m 回到原始狀態(tài)。

-[Fa=-Fa”=-μ”·m·V] (二元?jiǎng)恿Ψ匠?,?dòng)力加速度方向相反)

1.2 F=-F’的解讀

1.2.1 圖1 中O’座標(biāo):物體靜止時(shí),對(duì)其施加的力無(wú)論有多大,只要物體保持靜止?fàn)顟B(tài)不變,物體就只存在靜態(tài)作用力與反作用力,而只要作用力小于反作用力的極限(阻力合是反作用力的力源)。ΣF≤-ΣF’max=-μ’·m物體就不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),F(xiàn)a=0,F(xiàn)p=0.

1.2.2 當(dāng)ΣF≥-ΣF’max物體就可能由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)出現(xiàn)Fa 或Fp,從圖1 第Ⅳ象限進(jìn)入第Ⅰ象限。通常物質(zhì)的靜態(tài)阻力大于動(dòng)態(tài)阻力(阻力因子μ’>μ”;也可作為動(dòng)態(tài)的兩種不同阻力因子的過(guò)渡。),所以物體一旦啟動(dòng)其物理狀態(tài)也要發(fā)生變化,靜力不做功(但物體受靜力作用是會(huì)產(chǎn)生形變能量的對(duì)抗力)不產(chǎn)生位移,動(dòng)力做功位移,量值單位也不同。

[F=-F’=kg]≠[Fa=m·a=-Fa”=kg·m/t]

(動(dòng)、靜態(tài)物理量值區(qū)分式)(動(dòng)阻力方程)

1.2.3 m 在承受動(dòng)阻力同時(shí)也承受了共生等量的靜力。因?yàn)閯?dòng)力是成對(duì)存在的,m 與其對(duì)抗必然要產(chǎn)生內(nèi)力與之抗衡,二元?jiǎng)恿ο荡嬖谝粚?duì)靜力,三元?jiǎng)恿ο荡嬖诙?duì)靜力。

1.2.4 凡是作用在m 上的動(dòng)力必須具備是否Fa ≥-Fa”或V≥Vm的條件,這也是判斷m 是存在三元運(yùn)動(dòng)靜力還是二元運(yùn)動(dòng)靜力的標(biāo)志。而線性阻力與非線性動(dòng)力的等與不等值條件會(huì)增加對(duì)其判斷的困難,但動(dòng)態(tài)靜反作用力與靜態(tài)反作用力還與阻力因子不同有關(guān)。

F =[-F’=-μ’·m =kg]=[-Fa”=m·a =-μ”·Pm=-μ”·m·V=kg·m/t] 公式6 (靜力都等于反作用力,與動(dòng)態(tài)作用力通常不等。)

作用于m 上的一對(duì)(或兩對(duì))動(dòng)態(tài)靜力的大小相同,而且一定是在m 上沒(méi)有速度差并在作相同運(yùn)動(dòng)的一對(duì)(或兩對(duì))靜力,它的大小是由運(yùn)動(dòng)與阻力因子所決定。

2 牛頓力學(xué)的廣義關(guān)系及動(dòng)力能量學(xué)的價(jià)值

傳統(tǒng)習(xí)慣將牛頓的三個(gè)定律作分別的論述,使它們各自在形式上成為獨(dú)立的概念,然而它們是有機(jī)的整體,具有互生關(guān)系;是同一物質(zhì)的不同狀態(tài)之別,是運(yùn)動(dòng)的量與質(zhì)(動(dòng)與不動(dòng),加速與減速等)的改變(但目的運(yùn)動(dòng)體不存在物質(zhì)質(zhì)量的改變,而動(dòng)能需質(zhì)量換能量。),是力將物體由一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。牛頓力學(xué)三個(gè)定律所應(yīng)表達(dá)的是三種基本共生作用的物質(zhì)(作用力、受力物體、反作用力,的自然法則)在某參照系中的三種狀態(tài)(靜態(tài)、變速、勻速,所謂的參照系本身在自然界中也同樣是這三種狀態(tài)的一種。)的物理量值狀態(tài)或轉(zhuǎn)換關(guān)系。只有在對(duì)它們有了準(zhǔn)確的定性、定位、定量,才能避免混亂出錯(cuò);才是自然物理概念,才能準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)能量與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,獲取最理想的功能目的。

2.1 牛頓第三定律是第二定律運(yùn)動(dòng)的一種極端狀態(tài)——靜態(tài)。圖1 的第Ⅳ象限-μ’為負(fù)與m 構(gòu)成靜態(tài)反作用力。此時(shí)a=0、V=0、Fp=0、F=-μ’·m≤-F’max

2.2 牛頓第一定律是第二定律的另一種極端狀態(tài)--勻速狀態(tài)。圖1 中第Ⅱ象限的μ” 為負(fù),并與m、V 構(gòu)成動(dòng)態(tài)反作用力。此時(shí)a=0、Vmax=C、N=V·Fa=V×0 ?運(yùn)動(dòng)物體在能量守恒上只有兩種狀態(tài):獲取能量或付出能量;不增速就會(huì)減速,沒(méi)有(或模糊)中間狀態(tài)。系統(tǒng)的a=0 也是物體的一種有動(dòng)力運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(ⅠFaⅠ=±m(xù)·a 就是絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的量值,還可表達(dá)動(dòng)力系的能量與運(yùn)動(dòng)的交換關(guān)系和狀態(tài)。),存在需要克服的反運(yùn)動(dòng)能量。

(a=0 時(shí)的維持慣性力,需要確定:勻速運(yùn)動(dòng)等于慣性運(yùn)動(dòng)嗎?)

2.3 牛頓第二定律——物體在動(dòng)力作用下所處的靜態(tài)與勻速之間的運(yùn)動(dòng),或叫做變速狀態(tài)(動(dòng)力在兩種相對(duì)阻力之間過(guò)渡的變化規(guī)律)。圖1 中第Ⅰ象限為三元?jiǎng)討B(tài)作用力的變化曲線;第Ⅱ象限構(gòu)成動(dòng)態(tài)反作用力(或二元?jiǎng)恿Γ┳兓本€。需要重點(diǎn)提示:第Ⅰ象限動(dòng)力為非線性變化;第Ⅱ象限為線性阻力變化。他們的等值只在P 軸的矢量等,而Fa軸的分量在變速過(guò)程雖然是必然途徑,但只有等于阻力(P=-Fa/-μ)的部分才有效,另一部分合理無(wú)效(功效Fa≠-Fa”),如不加以利用就會(huì)限制功能的發(fā)揮(Nt=P·Fa”=Fa·-Fa/-μ”)。

2.3.1 當(dāng)物體受力脫離第Ⅳ象限進(jìn)入第Ⅰ象限的瞬間,動(dòng)力必須有足夠的量值確保m 克服最大靜態(tài)阻力才能進(jìn)入動(dòng)態(tài)。瞬間動(dòng)力所承受的反作用力的性質(zhì)由靜態(tài)阻力跳變到動(dòng)態(tài)阻力,突變時(shí)m 由靜到動(dòng)是必由之路,突變后動(dòng)能T 會(huì)隨著動(dòng)力曲線的變化將T 轉(zhuǎn)移到Tm。動(dòng)力使物體動(dòng)能的積累與橫軸Fa 的變化成反比(但與dv/dt 成正比,dv/dt 與Fa 的自然變量存在非等比關(guān)系),與縱軸P 的變化成正比(動(dòng)力曲線的自然或調(diào)整變化規(guī)律)。

2.3.2 在動(dòng)力曲線上計(jì)算出每一點(diǎn)的做功能力,可以得到固有能量的不同做功能力點(diǎn)。

與功率方程N(yùn)=V·Fa=V·m·a(圖2)比較;N 少了m 的一次方,或掩飾了運(yùn)動(dòng)反作用力的存在,只能作為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算。在做動(dòng)能分析計(jì)算時(shí)還是要用公式8 或變式。

(固有能量在同一時(shí)間的最大的做功能力方程)

Nmax=Famax×Pmax=Fp2(最大能量在同一曲線不同時(shí)間的最大做功能力方程)

2.3.3 固有動(dòng)力曲線上必然有一對(duì)具有時(shí)差的最大做功能力點(diǎn),正因?yàn)闀r(shí)差的允許,就有了將固有曲線進(jìn)行組合變形的條件:分別向P 軸或Fa 軸等差改變,獲得數(shù)條組合動(dòng)力曲線及數(shù)對(duì)(也可無(wú)級(jí)變化)具有時(shí)差的做功能,而最終的綜合做功能力就可;將同一能量(功率)放大成若干倍做功能力。

2.3.4 一次性施力的炮彈與持續(xù)性施力(如具有啟動(dòng)能力的某一固有動(dòng)力曲線) 的汽車(chē)在動(dòng)力加速度方程及動(dòng)力曲線上的軌跡特性是一至的,付出了不同的動(dòng)力能量得到的是相同的動(dòng)力加速度效果?這也提示了不同性質(zhì)的動(dòng)力在加速運(yùn)動(dòng)的軌跡上雖然相同,但又存在不同的變化因素(dv/dt 的可改變性)與特性(dv/dt 的可改變規(guī)律)。

2.4 如果m 動(dòng)態(tài)中將其動(dòng)力園曲線變形為橢圓曲線,而且橢圓曲線是Fa 軸萎縮P 軸擴(kuò)展。這時(shí)的曲線是損失了靜啟動(dòng)力但增強(qiáng)了加速率,整個(gè)曲線的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程將a 與V量雖?。?遠(yuǎn)大于QA 點(diǎn)] 可重復(fù)使用動(dòng)啟動(dòng)[Famax=(-Fa”=0)]。條件是在保證動(dòng)態(tài)作功能力不小于等于動(dòng)態(tài)反作用力的原則下,充分利用動(dòng)力FP>-FP”的剩余能量。能夠?qū)⒛芰咳扔趧?dòng)量是最理想的做功效果。如果將P 與Fa軸互換還可以得到減小P 增大Fa 的逆曲線和公式,使動(dòng)力具有更大的啟動(dòng)能力。

(橢園動(dòng)力方程)公式組9

2.4.1 將公式組9 變形得到公式組10,公式10(A)為追求動(dòng)量P 公式,公式10(B)為追求動(dòng)力加速度Fa 式,功率Nt 為常數(shù),(A)式與(B)式互為倒數(shù),與公式2 比較曲線上每一點(diǎn)的絕對(duì)變化率dv/dt 都增大了(見(jiàn)圖1 QA 與QB 兩點(diǎn)的比率);也就是動(dòng)力在單位時(shí)間里將m 的啟動(dòng)能力或位移量都與公式2 不同了,而持續(xù)施力比一次施力更有條件進(jìn)行P或Fa 的累積最大化。

圖2 動(dòng)力效率圖

2.4.2 因?yàn)橥怀掷m(xù)能量使用公式8 或公式11 在運(yùn)動(dòng)中能夠獲取不同的速度,所以動(dòng)力轉(zhuǎn)移給m 的Pm也就不同,當(dāng)m 失去動(dòng)力后,m 所儲(chǔ)存的Pm所能夠釋放的能量也不同(此時(shí)的主動(dòng)力為慣性動(dòng)力),其作用線在第Ⅱ象限。

公式13(二元?jiǎng)恿δ芰科胶夥匠蹋?/p>

3 動(dòng)力能量學(xué)的通用理論與實(shí)證

3.1 動(dòng)力能量學(xué)的實(shí)證[2](動(dòng)力與阻力的力比Fa/Fa”決定做功情況;速比V/Vm決定運(yùn)動(dòng)情況。將各自的三種狀態(tài):大于、小于、等于再排列組合,可得出9 種關(guān)系狀態(tài))

3.1.1 一種廣泛使用一百多年的機(jī)械變速實(shí)例(見(jiàn)圖2),如任何一部汽車(chē)的m 與N 都是一定的,但所具有啟動(dòng)能力的固有動(dòng)力只有一個(gè),經(jīng)過(guò)n 次變速將固有的做功能力進(jìn)行變形,可以使汽車(chē)時(shí)速由0~20km/h 內(nèi)行駛,改變?yōu)?~200km/h 內(nèi)行駛。前者是必須確保汽車(chē)的最大靜啟動(dòng)加速度Fa,后者就可追求更多的加速度積累過(guò)程,以獲得最大的位移能力及位移量。機(jī)械變速理論的應(yīng)用實(shí)例也反證了動(dòng)力所隱含的做功能力(功效)問(wèn)題不只是局限在機(jī)械變速理論中的。凈能量與全能量之別在包含阻力?而速度變化率dv/dt 是一致的。

如:A. N=V·Fa=m(a·V)=m×20km/h (具有啟動(dòng)能力的固有凈能量的做功能力)

C. N=V·Fa=m×20km/h≠m×200km/h(機(jī)械變速理論的作功不等式)

3.1.2 變速理論在機(jī)械傳動(dòng)中較為普遍地采用,如工程機(jī)械、運(yùn)載機(jī)械、機(jī)床動(dòng)力等等。但機(jī)械動(dòng)力只是動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支,機(jī)械變速如果沒(méi)有動(dòng)力能量學(xué)基礎(chǔ)理論的支持,也只能解釋為所獲得的機(jī)械效果不同,掩飾了能量Nt(功率N)的效果不同,只能局限在部分機(jī)械傳動(dòng)的范圍應(yīng)用。動(dòng)力能量學(xué)理論基礎(chǔ)應(yīng)具有更為廣范、客觀、基礎(chǔ)、清晰、準(zhǔn)確的理論模式,并能夠解析任何參照系任何動(dòng)力形式的物理以及量值的關(guān)系。

3.2 動(dòng)力能量學(xué)理論的通用性

3.2.1 以具有續(xù)飛能力的火箭為例(任意)設(shè)定:m=500kg,-μ”=1∶20,經(jīng)過(guò)發(fā)射加速后穩(wěn)定在300km/h 的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),此時(shí)a0=0,V1=300km/h=83m/s,求Fp、Nmax以及采取對(duì)動(dòng)力做組合作功效率調(diào)整后的Vmax、Pmax可以達(dá)到多少?

解:因?yàn)镹t 為常數(shù),根據(jù)公式11、飛行中調(diào)整dv/dt,F(xiàn)p=-Fp”N=0),Pmax最大化;

在火箭飛行過(guò)程中恰當(dāng)(V/-V”≥1、Fa/-Fa”≥1 的條件下)地調(diào)整增速比dv/dt,將動(dòng)力全等阻力時(shí),按原設(shè)定值可提高速度2.24 到4.48 倍進(jìn)入持續(xù)飛行狀態(tài)。再綜合考慮Fa 軸的擴(kuò)展儲(chǔ)備,還可減少火箭總重,如此三級(jí)火箭也許可減為一級(jí)就能完成目的物體的運(yùn)送。

3.2.2 以一次性施力為例:如一簡(jiǎn)易火箭(雖不是典型的一次性施力,但可以方便說(shuō)明和理解),m=10kg,-μ”=0.1,初加速度a0=60m/s、燃料可燃燒t=20s,求火箭的飛行距離S=?,啟動(dòng)加速度Fa=?。在飛行過(guò)程中將火箭的噴力孔截面積連續(xù)逐漸減小,到飛行20s 時(shí)截面積為原始的2∶3(不間斷地維持速率比),此時(shí)火箭可飛行的距離Smax=?

調(diào)整后因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)噴口孔的截面積較前不斷減小,會(huì)有一定的續(xù)燃時(shí)間,如t2=4s

3.2.3 動(dòng)力能量學(xué)與“相對(duì)論”[3](質(zhì)量的能量源自:運(yùn)動(dòng)能量、化學(xué)能量、原子能量、有無(wú)m 交換?):“E=m·C2;光的質(zhì)量在任何參照系中速度與能量的關(guān)系式E=m·3000002km/s?!盵4]?這時(shí)如果能量全作用在P 軸上a=0、Nt=P·Fa”= P·0? Fp2=P2+Fa2=P2+0=Pmax2=m2·Vmax2=Nt,微分能量加積分能量,缺失了客觀阻力就亂套。

N=V·Fa=V·m·0≠[-μ”·m·V2] 公式14,圖2(功率不含運(yùn)動(dòng)反作用力)

在慣性參照系,[5](請(qǐng)注意:a=0 時(shí),Nt=[-Fa”·P=-a·m2·V]),物體作勻速運(yùn)動(dòng)是需要維持能量的,慣性參照系自身也不例外。三元?jiǎng)恿ο到y(tǒng)與全能量的真實(shí)關(guān)系為“廣義相對(duì)能量守恒”[6];而系統(tǒng)共同的表象卻為“狹義相對(duì)等速運(yùn)動(dòng)”(光電的極高速度是因自身的質(zhì)量與體積都極小,易蓄能發(fā)射,并容易獲得同物質(zhì)之間的微損能量傳遞,其質(zhì)量與阻力相對(duì)任何參照系微小。因?yàn)楣獾馁|(zhì)量能量本身很小,其阻力能量也不能應(yīng)忽略。),能混淆阻力、能量、質(zhì)量、甚至軌跡、時(shí)間的客觀存在及量值,只要Nt>-Nt”就可a>-a”:

N=V·Fa=Nt-(-Fa”·P)= P2/m=m·V2

公式15(三元凈能量極限動(dòng)平衡式)

設(shè)慣性阻力為零?再設(shè)m 趨近于零,此時(shí)幾乎不需要靜啟動(dòng)加速度,能量全作用在P軸:Nt=m2·V2max=N=E=m·C2與表象全等(狹義相對(duì)論)?假設(shè)可能得到假象,無(wú)論如何(-μ”·m=0)不客觀也沒(méi)有意義,Nt=m2·V2不會(huì)等于忽略了阻力的E=m·C2。

Nt-[(-μ”·m2·V2)] = [N= V·Fa= P·a ]

公式16(三元能量關(guān)系式)

物體動(dòng)量與能量的交換關(guān)系及剩余量(相對(duì)論也遺漏了阻力能量的存在。要區(qū)別運(yùn)動(dòng)交換的是運(yùn)動(dòng)能量,還是質(zhì)量能量)對(duì)加速度性質(zhì)a=?的影響。公式15 與公式16 可以作為“相對(duì)論”的基本通用公式,比E=m·C2(只解釋了表象、存在m 或μ 缺陷,需用“假設(shè)”構(gòu)建理論,而且在基本質(zhì)量與阻力上的缺失是會(huì)引起更多的缺失和設(shè)法額外彌補(bǔ)。)客觀系統(tǒng)準(zhǔn)確,還可以通過(guò)物體運(yùn)動(dòng)的表象準(zhǔn)確地反推其質(zhì)量、萬(wàn)有引力、動(dòng)態(tài)阻力、阻力因子、時(shí)間或全能量等各種有關(guān)參數(shù)。

3.2.4 用“動(dòng)力能量學(xué)”的作用力與反作用力(自然法則)的數(shù)理關(guān)系解析"慣性質(zhì)量"與“引力質(zhì)量”(“質(zhì)量” 是主觀的定義,m 在客觀引力場(chǎng)中指“重量”或“物體”。如果處在引力為零的條件下,地球與塵埃的重量也會(huì)相等。)的一致性[7];同一物體的兩種不同受力(慣性力與引力)三種相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜態(tài)、變速、勻速)通解:

當(dāng)a=0 時(shí):

F=-F’=-μ’·m (A)(靜引力平衡,注意力的方向)

(對(duì)于牛頓第二定律的獨(dú)立解答:a=0, F=0?m=0? 因忽略了能量而影響質(zhì)量。)

當(dāng)a>0 時(shí)(地球的引力加速度a=g=9.8m/s;除月球外相對(duì)地球別的可移動(dòng)物體的m 被忽略,這只能作為地球系常規(guī)引力加速度近似值),引力、動(dòng)力、阻力與m 的共同關(guān)系:

建立了物體的引力質(zhì)量等于慣性質(zhì)量的物理概念(可以用經(jīng)典力學(xué)導(dǎo)出),只是參照力系的構(gòu)成不同(萬(wàn)有引力與質(zhì)量的大小成正比,與兩質(zhì)點(diǎn)間的距離成反比。常規(guī)g=9.8/s=a僅為地球引力系的某特例,是將近地球表空的物體質(zhì)量相對(duì)地球的質(zhì)量都被常數(shù)化所得。)。物體間存在引力能量,而引力運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力運(yùn)動(dòng)的原理是一樣的,不同的是動(dòng)力源不同。

N=Nt-Nr=Ng-Nr、Nt=Ng=N+Nr=N·m 公式20(引力能量等于慣性能量公式)

這10 個(gè)公式與圖1 組合成動(dòng)力全能量的(注意使用N= V·Fa 時(shí),質(zhì)量在線性部分m 為隱性、在非線性部分m 為顯性。)數(shù)學(xué)模型:

(1) 慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量(Fa= m·a=m·g),證明了愛(ài)因斯坦的第三假設(shè)存在。

(2) 慣性力與引力同為動(dòng)力(互通),其“質(zhì)量”、“速度”、“能量”都可量化關(guān)系[6],假設(shè)“慣性”為中性是不客觀的,一定要分清“慣性”與“a=0”(如任意參照系中的一物體所受合力為零時(shí),它在此參照系的坐標(biāo)點(diǎn)本是不動(dòng)的V=o,在空中為懸浮狀。)的區(qū)別。

(3)因阻力與動(dòng)力的對(duì)抗共生概念;速度需要能量(守恒)轉(zhuǎn)換,不一定是質(zhì)量(物質(zhì))的轉(zhuǎn)換;純速度改變動(dòng)態(tài)阻力-μ”·V·m、沒(méi)改變-μ” 和m,但與動(dòng)力往往是一對(duì)不平衡的力;客觀的四維時(shí)空邏輯范疇(不需附加修正因子E=γ·m·C2)小到量子力學(xué)大到宇宙引力大平衡大爆炸都因阻力能量影響四維時(shí)空狀態(tài)(忽略部分能量就會(huì)忽略所有有關(guān)的量),阻力能量越大對(duì)四維時(shí)空產(chǎn)生的客觀影響越大。

(4)運(yùn)動(dòng)阻力(-Fa”=-μ”·m·V)與(加)速度有“變量”關(guān)系,與質(zhì)量和阻力因子只有“常量”關(guān)系。在地球萬(wàn)有引力的作用下兩個(gè)不同m(相對(duì)地球的質(zhì)量差忽略不計(jì))的物體同時(shí)(差異也會(huì)被忽略)落地([Nt-(-Fa”·P)]=N=[-μ’·m2·V2] ,雖然速度基本相同,但對(duì)地球的沖擊能量是各自平衡的(如m1/m2=1/2,-Fa”1/-Fa”2=Nt1/Nt2=N1/N2=1/2);質(zhì)量具有儲(chǔ)能作用,但不(一定)是改變了質(zhì)量,不同的質(zhì)量作相同運(yùn)動(dòng)的能量及付出的阻力能量都不同。所以光電也有質(zhì)量,在不同參照點(diǎn)(引力場(chǎng)強(qiáng))的運(yùn)動(dòng)不會(huì)完全一致。

(5) 在引力場(chǎng)中沒(méi)有其它外動(dòng)力的情況下,質(zhì)量的能量來(lái)自于引力場(chǎng)。引力場(chǎng)中物質(zhì)的靜力能量Nt=-μ·m2·V2因?yàn)樽枇σ蜃訜o(wú)窮大,物體雖然相對(duì)宏觀上沒(méi)有移動(dòng),但為了平衡引力的作用,m 會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)形變能量的對(duì)抗力;(μ·V2=δ/10000)還可以用于m 的變形因子來(lái)表達(dá)其質(zhì)量所受靜引力能量的大?。∟t=N=Nr=δ/10000·m2)。

3.3 根據(jù)N=P·V=m(ηn·V·a/ηn)=m (△V1·dv1/dt1+△V2·dv2/dt2+...+△Vn·dvn/dtn)做“功能擴(kuò)展圖2”[8][9][10],應(yīng)用時(shí)在動(dòng)量的級(jí)與級(jí)過(guò)渡時(shí)一般不是在極限狀態(tài)進(jìn)行的,而是在級(jí)與級(jí)自然交叉過(guò)渡完成,應(yīng)在功率擴(kuò)展組合外包線(定功率雙曲線)的交接處附近進(jìn)行的。

3.3.1 如一做功系統(tǒng)為了滿足做功的目的(力與速度)的需要,其所選擇的動(dòng)力及動(dòng)力源都要滿足(見(jiàn)圖2,與圖1 的不同是沒(méi)有坐標(biāo)阻力系統(tǒng),為凈能量坐標(biāo)系統(tǒng)。)不小于坐標(biāo)點(diǎn)A 和點(diǎn)B(等比化),而該動(dòng)力或動(dòng)力源的最大功率點(diǎn)為Q1。

3.3.2 如果采用其優(yōu)選值0.618 在功率曲線半徑上可獲得功率點(diǎn)Q2,Q2 的功率曲線在縱橫坐標(biāo)上都交于0.618。

3.3.3 將Q2 的功率曲線用功率調(diào)控變形(圖2 是按五級(jí)變形),可以再得到4 個(gè)不同比值(力與速度之比)的組合功率圖,其五個(gè)功率曲線的外包線組合成一個(gè)近似于恒功率的曲線(圖中虛線為雙曲線:N=V·F=1)。這條功率曲線因調(diào)控變形分裂數(shù)值的增多而更接近于恒功率,以至于變形分裂值達(dá)到無(wú)窮大時(shí),形成標(biāo)準(zhǔn)恒功率曲線。

3.3.4 Q2 組合的恒功率曲線在Q1 的0.6182倍的自然功率的情況下,仍能滿足完成Q1 的做功能力。如汽車(chē)的五級(jí)變速就是重復(fù)組合利用固有的自然功率曲線為恒功率擴(kuò)展曲線的最好例子。

3.3.5 如果Q2 還不能滿足系統(tǒng)的最佳狀態(tài),可以用優(yōu)選法繼續(xù)分割出Q3,Q4……直到尋找到最理想的實(shí)用恒功率效果。

3.3.6 動(dòng)力因子轉(zhuǎn)化系數(shù)η,是表示系統(tǒng)的力與速度或者是電壓與電流相互轉(zhuǎn)化的數(shù)值關(guān)系。如圖2 中η=1.030/0.206=5 ,或(4、3、2、1)。

3.3.7 雖然Q2 比Q1 的功率小許多,根據(jù)Fa= m·a,Q2 在虛線上運(yùn)動(dòng)的軌跡比Q1 的運(yùn)動(dòng)軌跡有更好的啟動(dòng)升速效果;物體在啟動(dòng)和低速時(shí)加速力的變化率趨近曲線Q1;在中高速時(shí)加速度的變化率Q2 的組合曲線又大于Q1,合外動(dòng)力越趨近于0(Fa=-Fa”)時(shí),功率發(fā)揮出最高速度最佳效率(組合曲線具有人為的自然驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)速度互換優(yōu)選)。

3.3.8 動(dòng)力能量恒功率理論是在機(jī)械變速理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。本理論適用于所有常規(guī)動(dòng)力形式的功率(凈能量)與變速的最佳選擇關(guān)系(廣義動(dòng)力理論要以圖1 和公式10 以及衍生公式為準(zhǔn)),如電機(jī)的電流與電壓或頻率的轉(zhuǎn)換,噴氣動(dòng)力的推力與流速的轉(zhuǎn)換等等,也與3.3.7 條對(duì)應(yīng)。

4 動(dòng)力能量基礎(chǔ)理論的應(yīng)用原理示意

4.1 運(yùn)動(dòng)與阻力(作用與反作用:V/Vm、Fa/Fa” 的九種狀態(tài);+V +Fa、+V 0Fa、0V +Fa、0V 0Fa、+V -Fa 、0V -Fa 、-V +Fa 、-V 0Fa、-V -Fa,前四種動(dòng)力的作用力與速度都大于等于阻力而做正功,后五種雖然有動(dòng)力能量付出,但基本在做無(wú)用功。)

4.1.1 自然界本無(wú)動(dòng)力與阻力之分,只有力產(chǎn)生的先后及相互影響(人為力是自然力的被動(dòng),是反抗適應(yīng)自然力的,甚至連人的呼吸行走也是如此。但被動(dòng)產(chǎn)生的任何力又會(huì)有主動(dòng)的影響)。人類只是為了主觀分析的需要才選擇了參照系和參照物為相對(duì)基準(zhǔn)。參照系決定了引力(始終有作用力和方向)場(chǎng),參照環(huán)境決定了阻力因子(受引力作用的物質(zhì))。

4.1.2 自然界任何運(yùn)動(dòng)物體都是游弋在無(wú)數(shù)來(lái)自所有方向的作用力之中,與設(shè)定基準(zhǔn)目的同向的矢量視為動(dòng)力;反之視為阻力;還有能使其改變目的方向的分力或合力。無(wú)論是天體運(yùn)動(dòng)的平衡或是破壞,還是對(duì)量子的鎖定或逃逸,都是復(fù)雜力系宗合作用的結(jié)果(是所謂的動(dòng)力與阻力合為)。

4.1.3 沒(méi)有阻力就不會(huì)有動(dòng)力圖3(橫軸平移動(dòng)力圓啟動(dòng)法)。任何動(dòng)力的發(fā)生都來(lái)自阻力(啟動(dòng)反作用力或后阻力),任何動(dòng)力的改變也來(lái)自阻力(運(yùn)動(dòng)反作用力或前阻力,阻力對(duì)于m 就是前堵后追、上下左右?jiàn)A擊。還應(yīng)注意一般物體運(yùn)動(dòng)的前迎阻面積是一定的,而后迎阻面積的可變化與效率關(guān)系很大。)。全部阻力與全部動(dòng)力的關(guān)系是能量守恒的全部關(guān)系;目的動(dòng)力與目的阻力的關(guān)系只是能量守恒的相關(guān)(守恒部分能量)關(guān)系,對(duì)應(yīng)的只能是能量傳遞給目的基準(zhǔn)上的那部分。給人們留下了可以在有限有利的范圍改造動(dòng)力的自然變化規(guī)律,就象生產(chǎn)了自然界不曾有過(guò)的各種人造物一樣,還存在進(jìn)一步優(yōu)化的條件可利用的規(guī)律。

圖3

Fn=[-F1’=-μ1’·m]=[-F2’=-μ2’·m]=-μ·m公式21 (任意狀態(tài)物體的待啟動(dòng)靜力)

4.1.4 人們往往還需要簡(jiǎn)化或忽略動(dòng)力或阻力系統(tǒng)的某些次要部分,才能夠方便了解認(rèn)識(shí)它最基本的情況,但一定是在滿足基準(zhǔn)目標(biāo)精度要求之內(nèi)所定出的主要因子與次要因子系數(shù)共同產(chǎn)生的結(jié)果。

4.2 通用運(yùn)動(dòng)阻力(運(yùn)動(dòng)阻力的移動(dòng)性;如果以某運(yùn)動(dòng)體為參照點(diǎn),運(yùn)動(dòng)的就是之外的所有物質(zhì))。

4.2.1 常見(jiàn)通用運(yùn)動(dòng)阻力形式有:固體的滑動(dòng)摩擦阻力和滾動(dòng)摩擦阻力;流體的沖擊、滑動(dòng)、滾動(dòng)及混合摩擦阻力,它們各自的阻力因子、阻力性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)形式或消耗的能量也各不相同。而且同一種運(yùn)動(dòng)的阻力往往不是單一的,是多種阻力因子復(fù)合或相互過(guò)渡的。它們對(duì)物體(及形狀)的單位質(zhì)量運(yùn)動(dòng)做功所需阻力能量也各不相同。靜態(tài)也是物體運(yùn)動(dòng)的一種極端狀態(tài)。

-Nt=[-F’·P=m2·δ/10000=kg2·δ/10000]=[-Fa”·P=-μ”·m2·V2=kg2·km2/t] 公式22(物體在任何狀態(tài)下的靜力或稱內(nèi)力都等于阻力并消耗能量)

4.2.2 因運(yùn)動(dòng)物體是被各種阻力介質(zhì)包

圍(共阻介質(zhì))著的,所以動(dòng)力等于反動(dòng)力實(shí)際上也是介質(zhì)阻力的動(dòng)力能量平衡(動(dòng)力是在連續(xù)不斷地登踏后方的阻力介質(zhì)沖向前方的阻力介質(zhì),再踩著前方落下的介質(zhì)阻力繼續(xù)向前——。);后方阻力介質(zhì)的作用力等于前方阻力介質(zhì)的作用力(三元?jiǎng)恿ο担?,雖然也是大小相等方向相反,更重要的是運(yùn)動(dòng)速度也要相同(相互不失步),前方的阻力介質(zhì)不斷地移向后方并改變受力的方向,變被動(dòng)為主動(dòng)。與靜阻力的不同之處在于阻力介質(zhì)動(dòng)與不動(dòng)、介質(zhì)受力的方向變與不變。

[-Fa1”=-μ1”·m·V=S1·f1·V]= [- Fa2”=-μ2”·m·V=(S2/η)η·f2·V] 公式23(前后阻力平衡公式,在前迎阻面積不變調(diào)節(jié)后迎阻面積或壓強(qiáng)的情況下)

4.2.3 因?yàn)檎J(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)阻力的動(dòng)態(tài)性質(zhì),就可以進(jìn)一步認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)阻力與動(dòng)力的相互作用能力(著力情況)和移動(dòng)能力(速度快慢);除了能量、動(dòng)力、阻力、材質(zhì)、外形外,通常人為動(dòng)力都是持續(xù)動(dòng)力(自然界一般只有一次動(dòng)力),切不可輕視推進(jìn)器的大小形狀與后阻力的適配能力(著力情況;圖3 上在第一象限尋求與第二象限的最佳平衡率,需要?jiǎng)恿εc自身前后阻力最佳平衡的力量和速度、后阻力要適應(yīng)前阻力的變化按照動(dòng)力能量的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇最佳平衡。)對(duì)能量效率的影響,如果處理不好就可能出現(xiàn)用了最大的能量(Nmax) 只能獲得最低級(jí)的位移量(如汽車(chē)的20km/h)。總之:動(dòng)力能量要符合所有阻力能量的變化規(guī)律,才使動(dòng)力學(xué)客觀有意義。

4.3 通用動(dòng)力能量基礎(chǔ)理論的應(yīng)用原理示意(以地球?yàn)閰⒄障担?/p>

4.3.1 機(jī)械動(dòng)力:機(jī)動(dòng)車(chē)輛、工程動(dòng)力、機(jī)床、艦船等靠機(jī)械變速的動(dòng)力裝置,它們的阻力主要有地球引力、地形(路形)阻力、路面阻力、空氣或水質(zhì)阻力等,動(dòng)力的著力點(diǎn)為垂直地心的反引力和平行地平線的移動(dòng)阻力,變速手段是將一定的動(dòng)力能量根據(jù)運(yùn)動(dòng)客觀條件(由靜到動(dòng)、滑動(dòng)與滾動(dòng)、介質(zhì)的改變、速度與阻力的關(guān)系等)不同來(lái)改變Fa=m·dv/dt(包括靜啟動(dòng)和動(dòng)啟動(dòng))。(這是人類已普遍采用了的機(jī)械變速手段,但卻沒(méi)有作為動(dòng)力能量基本理論來(lái)認(rèn)識(shí),更需要在整個(gè)動(dòng)力學(xué)方面加以認(rèn)識(shí)應(yīng)用,前文已做數(shù)理論證。)

N=Nt-Nr=η·V·Fa/η=m2·(V/η)·η·(dv/dt)(η 可以為有級(jí)或無(wú)級(jí)變速)

4.3.2 電動(dòng)力以固態(tài)阻力為主的動(dòng)力能量原理示意

4.3.2.1 自發(fā)電動(dòng)力源:現(xiàn)采用的是將電壓和電流在圖1 或圖2 上做成十幾甚至幾十個(gè)同心圓[9][10],也就是變功率(能量)調(diào)整,在增加U(P)的同時(shí)也增加了I(Fa),顯然不符合阻力能量對(duì)動(dòng)力能量的客觀(反比U·I= V·Fa”=1)反作用。如果改用恒功率組合調(diào)整見(jiàn)圖4(三相五級(jí)恒功率發(fā)電原理)[8]:降低了功率卻保持了做功能力(啟動(dòng)電流和最高電壓),提高效率(速度/功率);發(fā)電機(jī)銅鐵消耗率降低;高壓高速時(shí)電機(jī)的內(nèi)耗與磁通(電流)反而下降。

圖4

N=η·I·(u/η) V=c(u-I·r)/ Φ(用直流電機(jī)證明電壓越高速度越高能耗越小)

4.3.2.2 電網(wǎng)輸入動(dòng)力源:運(yùn)載工具從電網(wǎng)獲得電能后經(jīng)過(guò)變壓器將功率(能量)調(diào)整的效果與上一條相同。如果再采用磁飽和(Φ)與電飽和(I·U)手段,可以將電磁能做恒功率控制。圖6 以五級(jí)變壓來(lái)作用銅對(duì)比示意:將功率能效調(diào)整前后;N1=Imax·Umax;

N2=I·u=2I·u/2=3 I·u/3=4 I·u/4=5 I·u/5、[5I=Imax時(shí)變壓器的線圈只占Umax/5, I=Imax/5,復(fù)合線圈的用銅量為m2=(5m1+4m1+3m1+2m1+m1)/25=0.6m1]

還可以推導(dǎo)出更多的相關(guān)物理量,這里就不一一列出。因?yàn)橛秒娋W(wǎng)能源的社會(huì)動(dòng)力占有率大,動(dòng)力形式種類多,這種變電壓動(dòng)力能量理論的利用方式多潛力大,只舉兩例說(shuō)明:

A、“不等份三段半控脈流電傳動(dòng)”[11](上世紀(jì)后期世界鐵道運(yùn)輸主型動(dòng)力) 技術(shù)理論圖5a.b。

整流電路將電源做串并混聯(lián),造成分流降壓,嚴(yán)重影響做功效果。改用圖6 就可解決。

B、“電力變頻動(dòng)力”[12](上世紀(jì)末出現(xiàn)的新型廣范應(yīng)用動(dòng)力,包括鐵道動(dòng)力)技術(shù)理論;原來(lái)采用固定功率見(jiàn)圖7 虛線,因?yàn)殡娏魇请妷旱暮瘮?shù),可以改用“恒功率”的概念將“恒壓(恒流)變頻”,采用圖6 的方法“變壓(組合變功率)變頻”[13],得到圖7 點(diǎn)劃線的功效。

4.3.2.3 “蓄電池動(dòng)力”[8],人類長(zhǎng)時(shí)間廣范應(yīng)用,但都是采用固定單元組合。改用調(diào)整單元組合恒功率技術(shù)理論;原理圖8,就可以擴(kuò)大做功能力范圍。

圖9

4.3.3 以流體阻力為主的動(dòng)力能量原理示意;動(dòng)力與阻力介質(zhì)的接觸及移動(dòng)原理的不同所需要的手段也不同,主要有空氣和水兩大阻力介質(zhì),其推進(jìn)原理與手段的區(qū)別。

L=η·F·(V/η) (流體做功為:流量等于壓力與流速的乘積,而且動(dòng)力流體的速度不能小于阻力流體的速度,否則動(dòng)力會(huì)做無(wú)用功。)

4.3.3.1 “空氣阻力推進(jìn)器”:前文已做過(guò)“氣體熱膨脹噴氣推進(jìn)”介紹,因?yàn)閯?dòng)力

靜啟動(dòng)后的動(dòng)著力在流體阻力上(動(dòng)力與阻力均為流體),所以運(yùn)動(dòng)越快,動(dòng)力的流速要大于被著力的流體阻力的流速(這就是流體中動(dòng)力與阻力的運(yùn)動(dòng)同步條件,決定了動(dòng)力系的動(dòng)力狀態(tài):增速、減速、恒速),才有可能繼續(xù)增加速度。原理圖9

4.3.3.2 “水阻力推進(jìn)器”:與前一項(xiàng)原理相同,但不同的是作為固體的葉輪推進(jìn)器在運(yùn)動(dòng)中也應(yīng)該將推進(jìn)力(推進(jìn)器面積決定了接觸阻力比)與推進(jìn)速度(轉(zhuǎn)速)之比再與水阻力的運(yùn)動(dòng)反作用相匹配??梢圆捎谩岸嘟M多級(jí)組合調(diào)節(jié)(多軸心)”式或“一組多級(jí)可調(diào)節(jié)同軸復(fù)合葉輪(分級(jí)同心軸可伸縮)”式,當(dāng)然全流體阻力特性使靜啟動(dòng)給動(dòng)啟動(dòng)留下的可調(diào)整范圍相對(duì)少些(分級(jí)也就可少,如固體5級(jí)、流體3 級(jí)。)。要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)與技術(shù)工藝難度較大,但是為了獲取難以得到的高速度高效率,一切努力都是值得的。

4.4 介紹了“水阻力推進(jìn)器”也應(yīng)該介紹與之配套的“汽輪機(jī)”(又一種形式)動(dòng)力,因?yàn)槭橇黧w(熱蒸汽)動(dòng)力源,在驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器時(shí)應(yīng)根據(jù)水的阻力與流速情況(動(dòng)力與阻力同為流體),對(duì)于蒸汽的壓力與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速之比(“汽輪”功能結(jié)構(gòu)尺寸的可調(diào)整性。但要注意與“工頻汽輪發(fā)電機(jī)”工作目的的區(qū)別)也要進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)整。

5 小結(jié)

5.1 論文解決的問(wèn)題

5.1.1 認(rèn)識(shí)并區(qū)別了同一理論(動(dòng)力學(xué))中用不同的符號(hào)表達(dá)不同的物理狀態(tài)和量值。如:F=-F’=kg,F(xiàn)a=m·a=kg·m/s,將后者改為Fa=m·a,可以避免概念上的混亂和計(jì)算上出錯(cuò)??蓪⒅亓铀俣壤碚摎w納到動(dòng)力能量理論,使其成為更為廣泛的基礎(chǔ)(通用)理論。

5.1.2 提出了動(dòng)力學(xué)中三種共生的基本物質(zhì)的三種加速動(dòng)力關(guān)系式:Fa=m·a=-Fa",動(dòng)力的加速度Fa,物體運(yùn)動(dòng)的物理狀態(tài)m·a,反加速運(yùn)動(dòng)力-Fa"??梢越y(tǒng)一牛頓力學(xué)的三個(gè)定律的定位(見(jiàn)附表),組成動(dòng)力能量學(xué)的基礎(chǔ)理論,使其更為清楚準(zhǔn)確,能夠涵蓋解析所有已知?jiǎng)恿π问?,公式變形方便,?jì)算靈活不易出錯(cuò)。

5.1.3 揭示了動(dòng)力與動(dòng)態(tài)反作用力的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律,也就是非線性(動(dòng)力)與線性(反動(dòng)力)的矢量等與矢量不等。其理論為:反動(dòng)力(斜率為常數(shù))線性方程與動(dòng)力(斜率為變量)非線性方程的關(guān)系式,只是在常量(線性μ"·P 部分)相等,而變量(非線性m·dv/dt 變化率)部分不等的邏輯規(guī)律。從而對(duì)非線性方程變形可以重復(fù)其變化率,直到與線性矢量極限全等(重力加速度與反動(dòng)力加速度同為線性方程,只是加速度的量質(zhì)不等)。

5.1.4 提出了動(dòng)力能量理論,發(fā)現(xiàn)了功率與能量公式N=E=m·C2共同的阻力缺失或質(zhì)量缺失,用動(dòng)力擴(kuò)展法解決了動(dòng)力的能力與效率關(guān)系。動(dòng)力不可能同時(shí)滿足最大動(dòng)力加速度Fa 和最大動(dòng)量P,而是要根據(jù)系統(tǒng)的反作用力將a←→V 進(jìn)行轉(zhuǎn)換才可以滿足:Nt=P·Fa=m2(a·V)=m2(ηa·V/η)。動(dòng)力需要與其前后阻力在力的大小和速度的大小同時(shí)適配。

5.1.5 論文用“參照系”與“物質(zhì)”的運(yùn)動(dòng)都存在阻力的自然法則;證明了“引力質(zhì)量” 等于“慣性質(zhì)量”。提出了全能量與凈能量Nt=N·m=N+Nr(忽略了存在阻力能量,只有表象動(dòng)態(tài))的關(guān)系,證明了包括了阻力能量的全能量Nt 才有完整的m 與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的傳統(tǒng)思維與數(shù)理手段可以更簡(jiǎn)明準(zhǔn)確地表述“相對(duì)論”,解析“四維時(shí)空”。

5.2 動(dòng)力能量學(xué)數(shù)學(xué)關(guān)系一覽表(與圖1,圖2 組合數(shù)學(xué)模型)(見(jiàn)下表)

5.3 論文的作用

5.3.1 用動(dòng)力能量學(xué)可以通解動(dòng)力學(xué)的基本理論,解決了其分散性、不確定性、物理元素缺失、物理量值關(guān)系不清、通用性差等問(wèn)題,有利于理解、分析、研究、廣闊的啟發(fā)。

5.3.2 完善了理論與實(shí)際的統(tǒng)一性,論文以數(shù)種動(dòng)力源或動(dòng)力型式,說(shuō)明該理論適用于所有動(dòng)力理論及應(yīng)用,對(duì)于位能、勢(shì)能等論文未作證明,但也可用該理論進(jìn)行推導(dǎo),而且該理論還具有啟發(fā)性。如:N=V·Fa=Nt-(-Fa”·P)=P2/m=m·V2與E=m·C2(相對(duì)論)比較:是質(zhì)量因速度而被改變?還是阻力因素(-μ"·m·V)因速度改變了阻力?誰(shuí)更符合自然?找回了缺失的阻力能量就找回了整個(gè)運(yùn)動(dòng)能量的所有元素的量。

5.3.3 能夠直觀地指導(dǎo)動(dòng)力與功能平衡效率的設(shè)計(jì)應(yīng)用,文章所舉例中除了機(jī)械變速效能外,幾乎其它所用的動(dòng)力資源與本理論對(duì)照下幾乎都存在倍數(shù)的利用潛力有待開(kāi)發(fā)。這對(duì)于地球上越來(lái)越少的能源,日趨惡化的溫室效應(yīng),以及占人類能耗最大的動(dòng)力成本都是有著普遍的意義的。

5.3.4 正因?yàn)槭亲罨A(chǔ)理論上掩沒(méi)了動(dòng)力的全能量和能量轉(zhuǎn)化規(guī)律,普遍存在將持續(xù)動(dòng)力簡(jiǎn)單地當(dāng)作一次動(dòng)力的時(shí)間延續(xù),所以在重大甚至尖端動(dòng)力科技中也不可避免。如:航空航天動(dòng)力,艦船動(dòng)力,高速列車(chē)動(dòng)力,核動(dòng)力、電池動(dòng)力以及各種能源與動(dòng)力的配制上,新的動(dòng)力能量理論都會(huì)帶給新的認(rèn)識(shí)和正確的方法。而且對(duì)于運(yùn)載動(dòng)力大大地突破了速度、運(yùn)載量與運(yùn)載距離的限制。

5.3.5 對(duì)于各種不同的動(dòng)力,多數(shù)只需用本理論和現(xiàn)有的技術(shù)手段就可以實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展,(如航空航天動(dòng)力、核動(dòng)力、變流變頻動(dòng)力、蓄電池組合動(dòng)力……等等。)要將動(dòng)力源和動(dòng)力執(zhí)行裝置與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)對(duì)象進(jìn)行功能統(tǒng)一平衡的重組設(shè)計(jì),尤如玩積木的重組安排一樣。利用已有的技術(shù)手段就能完成。(這些舉例在之前的論文或資料中已經(jīng)發(fā)表和公開(kāi),或有些已經(jīng)開(kāi)發(fā)為成品。)

自然法則的基礎(chǔ)理論應(yīng)有:客觀明確的物理本質(zhì)規(guī)律;客觀抽象廣闊涵蓋面;客觀精準(zhǔn)的表達(dá)手段。宇宙中所有物體都因萬(wàn)有引力呈相對(duì)平衡;另有各種動(dòng)力破壞這種平衡并承受阻力(反抗運(yùn)動(dòng));萬(wàn)有引力與動(dòng)力相互可為動(dòng)力、阻力或平衡力;阻力因子具有反抗運(yùn)動(dòng)的能力,是因?yàn)槲镔|(zhì)都得到了一定的萬(wàn)有引力提供的能量。所有物質(zhì)共同構(gòu)成宇宙萬(wàn)有引力的平衡(能量守恒),但又因各種動(dòng)力的產(chǎn)生而此消彼長(zhǎng)(能量轉(zhuǎn)移但物質(zhì)不滅)。

注解3.2.3: 外太空塵埃密度約為10 個(gè)/cm3(可認(rèn)為此種情況的外太空星際引力強(qiáng)度合都接近零,但對(duì)地球的引力等于地球與塵埃的質(zhì)量比,還是巨大的。),與地球表空的塵埃密度比約為1:500,一飛行物體在外太空可作105km/h 飛行,相當(dāng)于這一物體及能量在地球表空可作200km/h 飛行。同理光電粒子在這兩處的速度比也會(huì)是兩處塵埃密度的反比500:1?不然,當(dāng)運(yùn)動(dòng)的個(gè)體(光電粒子)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空間物質(zhì)(塵埃)個(gè)體的密度,以及同物質(zhì)相撞可傳遞約等能量的運(yùn)動(dòng)時(shí),這一比例顯然是不成立的。就象在街道或高速公路上騎自行車(chē)會(huì)有多大的速度差別?如果在水中騎行就很不一樣。這些都說(shuō)明阻力的客觀存在又因物質(zhì)的差異而各不相同,那么對(duì)于"激光帆動(dòng)力" 是否僅僅只是一種激光組合束?任何運(yùn)動(dòng)都需要時(shí)間,是未來(lái)的而不是過(guò)去的,即使是超光速也決不是超時(shí)間(可以認(rèn)為時(shí)間被壓縮);共存的萬(wàn)有引力構(gòu)成了自然界物質(zhì)的基本力平衡或定位(但自然界不同處的萬(wàn)有引力的大小不同,對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的速度與方向的作用力或反作用力也不同。),萬(wàn)有引力以外的力在打破這種平衡,僅僅是爭(zhēng)取在依附萬(wàn)有引力原平衡下的新平衡;現(xiàn)象與本質(zhì)的差別是觀察和認(rèn)識(shí)自然的兩個(gè)境界;自然界的所有個(gè)體都受客觀的約束,約束的同時(shí)也給個(gè)體留下了能主觀地按一定的客觀邏輯規(guī)律改變的空間,就是變異的條件和能力。

符號(hào)表:

F、-F'、- F"——作用力,反作用力

Fp、-Fp" ——?jiǎng)恿?,反?dòng)力

Fa、-Fa"——?jiǎng)恿铀俣龋磩?dòng)力加速度

P、Pm——?jiǎng)恿?dòng)量,運(yùn)動(dòng)體動(dòng)量

m——質(zhì)點(diǎn),質(zhì)量,物體

η——?jiǎng)恿D(zhuǎn)換因子

Φ——磁通,直徑

μ——系數(shù),斜率

a——加速度,長(zhǎng)半軸

b——短半軸

α——角度

V——速度,n….轉(zhuǎn)速

T——?jiǎng)幽?/p>

C——速度(相對(duì)論)

t——時(shí)間

h——時(shí)間(單位小時(shí))量值

s——時(shí)間單位秒、面積

g——質(zhì)量(單位克)

k——數(shù)量級(jí)(千位計(jì))

c——常數(shù)

U——電壓

I——電流

f——頻率、壓強(qiáng)

R——電阻

r——半徑

M——力矩。

μ'——靜態(tài)阻力因子

μ"——?jiǎng)討B(tài)阻力系數(shù)

N=E——功率、顯能量(表象能量、忽略了阻力)

γ——修正因子

Nt——全能量(包含阻力能量)

δ——物質(zhì)變形因子

Ng——引力能量(a=g 時(shí),為特定參照值)

Nr——隱能量(阻力能量)

(更多作者的前期有關(guān)動(dòng)力研究和本理論的試驗(yàn)、研究依據(jù)和論文不在此列)

[1]《基礎(chǔ)物理》,(任何版本).

[2]《機(jī)械變速原理》,(任何版本).

[3]《相對(duì)論》(任何版本).

[4]《相對(duì)論》(愛(ài)因斯坦第二假設(shè);光速不受參照系改變的影響).

[5]《相對(duì)論》(愛(ài)因斯坦第一假設(shè);慣性參照系a=0).

[6]《相對(duì)論》(愛(ài)因斯坦第四假設(shè);自然法則在所有參照系相同).

[7]《相對(duì)論》(愛(ài)因斯坦第三假設(shè);慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量).

[8]李輝林、易林梅“機(jī)電動(dòng)力變速理論向恒功率理論發(fā)展的先進(jìn)性與實(shí)用價(jià)值”,《中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊》,科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社2008 年出版、07 期 總第483 期發(fā)表,刊號(hào):ISSN167 3-9795、(英文版:ISBN978-1-933100-33-3,October 21-23,2009) 可在中國(guó)電子刊物網(wǎng)或上查閱.

[9]李輝林、鄭剛、楊紅凱、丘水石,“有級(jí)與無(wú)級(jí)機(jī)車(chē)調(diào)速器的原理、結(jié)構(gòu)、工作特性”《內(nèi)燃機(jī)車(chē)》雜志273 期1996 年,刊號(hào):ISSN1003-1820.

[10]《東風(fēng)4 型內(nèi)燃機(jī)車(chē)電傳動(dòng)》(鐵道部大連工廠編寫(xiě)) 大連理工大出版社1993 年出版、書(shū)號(hào):ISBN7-5611-0890-5/U-35.

[11]劉友梅主編《韶山4B 型電力機(jī)車(chē)》中國(guó)鐵道出版社出版、1999 年、書(shū)號(hào):ISBN7-1130-3247-8U-898.

[12]《動(dòng)車(chē)組供電牽引系統(tǒng)及設(shè)備》(鐵道部、北京交通大學(xué)合編) 鐵道出版社2005 年出版、引進(jìn)動(dòng)力上馬內(nèi)部教材.

[13]李輝林、易林梅“脈流恒功率理論的應(yīng)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)”,《科技咨詢導(dǎo)報(bào)》,宇航科技出版社2007 年出版,26 期發(fā)表,刊號(hào):ISSN1673-0534.07 年中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集及國(guó)家科技電子刊物、可網(wǎng)上查閱.

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