王譯浠

摘 要：在物理學(xué)科的學(xué)習(xí)中，由于物理理論總能引導(dǎo)人們向未知的領(lǐng)域進行探索和研究，這就為我們研究物理提供了一個更為廣闊的空間，本文從生活中的時間、質(zhì)量和速度入手，結(jié)合自己的設(shè)想，對時間守恒和質(zhì)量與速度的關(guān)系進行了推理研究。

關(guān)鍵詞：物理 相對論 時間守恒 質(zhì)量 速度

在學(xué)習(xí)物理的時候，由于物理的抽象性和應(yīng)用型，使高中生在聽完老師對于理論的知識講授后，很自然的聯(lián)想到一些日常中的物理現(xiàn)象，比如為什么在零度以上冰會融化為水，為什么月亮圍繞地球旋轉(zhuǎn)，地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)等等，但也有的時候，現(xiàn)在學(xué)習(xí)的物理知識并不能解決我們在內(nèi)心的一些疑惑，比如愛因斯坦的相對論如何結(jié)合物理知識進行深入的闡釋等等，這就給我們在課余時間留下了一個很大的探索空間，現(xiàn)結(jié)合高中所學(xué)的物理知識，通過自己基于書本所學(xué)的研究，對生活中的時間、質(zhì)量和速度進行簡單的分析。

一、生活中的時間

在學(xué)習(xí)萬有引力的時候，讓我們懂得了正是因為萬有引力的存在，才使地球在引力的作用下旋轉(zhuǎn)，進而產(chǎn)生了時間，當(dāng)學(xué)習(xí)了質(zhì)量守恒定律之后，又讓我產(chǎn)生了一個疑惑，既然質(zhì)量可以守恒，那時間是不是也可以是恒定的，也就是其實還有一條時間守恒定律存在呢？為此，我做了一個推論：

在太陽系中， 所有以橢圓軌道繞太陽公轉(zhuǎn)的星體都遵守時間空間守恒定律： 星體等效圓軌道半徑R三次方除以公轉(zhuǎn)周期T二次方等于一常數(shù)GM/4π^2， 有

R^3/T^2= GM/4π^2 （1）

公式（1） 中萬有引力常數(shù)G= 6.672*10^-11牛頓*米^2/千克^2， 太陽質(zhì)量M=1.9891*10^30千克.

例如， 地球公轉(zhuǎn)周期T=365.256日=31558118.4秒， 根據(jù)萬有引力定律，

V^2*R=GM （2）

V^2*V*T/2π= GM， V^3*T/2π= GM， V=（2πGM /T）^1/3 （3）

公轉(zhuǎn)平均速度 V=（2πGM /T）^1/3=29784.76281（米/秒），

等效圓軌道半徑 R=GM/V^2=1.495975094*10^11（米），

R^3/T^2=[1.495975094*10^11]^3/（31558118.4）^2=3.361637557*10^18（米^3/秒^2），

觀測地球公轉(zhuǎn)平均速度是29790（米/秒）， 相對誤差為0.017%.

例如，冥王星公轉(zhuǎn)周期T=90800日=7845120000秒， 據(jù)公式（3）

公轉(zhuǎn)平均速度 V=（2πGM /T）^1/3=4736.941078（米/秒），

等效圓軌道半徑 R=GM/V^2=5.914481664*10^12（米）， 則

R^3/T^2=[5.914481664*10^12]^3/（7845120000）^2=3.361637557*10^18（米^3/秒^2），

觀測冥王星公轉(zhuǎn)平均速度是4740（米/秒）， 相對誤差為0.064%.

例如，哈雷慧星公轉(zhuǎn)周期T=76.2年=2404728622（秒）， 據(jù)公式（3）

公轉(zhuǎn)平均速度V=（2πGM /T）^1/3=7025.477094（米/秒），

等效圓軌道半徑 R=GM/V^2=2.688815548*10^12（米）， 則

R^3/T^2=[2.688815548*10^12]^3/（2404728622）^2=3.361637557*10^18（米^3/秒^2）

例如， 恩克慧星公轉(zhuǎn)周期T=3.3年=104141790.7（秒）， 據(jù)公式（3）

公轉(zhuǎn)平均速度V=（2πGM /T）^1/3=20005.8112（米/秒），

等效圓軌道半徑 R=GM/V^2=3.315891589*10^11（米）， 則

R^3/T^2=[3.315891589*10^11]^3/（104141790.7）^2=3.361637557*10^18（米^3/秒^2）

計算結(jié)果表明， 以平均值的概念， 建立在牛頓萬有引力理論基礎(chǔ)上的時間、空間守恒定律是協(xié)變的，有R^3/T^2=GM/4π^2=3.361637557*10^18（米^3/秒^2）. 時間、空間守恒定律不但適用于偏心率較小的行星， 也適用于偏心率很大的周期慧星. 對星體在橢圓軌道上平均速度精確的計算結(jié)果無可辯駁的證明了協(xié)和定律， 即星體等效圓周長等于橢圓軌道周長， 有2πR=2πb+4（a-b）.因此， 時間、空間守恒定律是牛頓萬有引力定律全面精確的表述。

二、生活中的質(zhì)量和速度

動量守恒定律和能量守恒定律以及角動量守恒定律一起成為現(xiàn)代物理學(xué)中的三大基本守恒定律。最初它們是牛頓定律的推論，但后來發(fā)現(xiàn)它們的適用范圍遠遠廣于牛頓定律，是比牛頓定律更基礎(chǔ)的物理規(guī)律，是時空性質(zhì)的反映。其中，動量守恒定律由空間平移不變性推出，能量守恒定律由時間平移不變性推出，而角動量守恒定律則由空間的旋轉(zhuǎn)對稱性推出。在眾多的定律中，我對于老師講授的速度越大質(zhì)量越大比較不理解，因為這種情況在生活中應(yīng)用起來并不是十分準(zhǔn)確的，后來通過結(jié)合所學(xué)的物理知識和一些相對論的知識，我發(fā)現(xiàn)由于很多的物理知識只憑在書本上和實際操作中進行感知是遠遠不夠的，它還需要我們?nèi)コ恍┰诂F(xiàn)實中存在的附加之力的作用，把物體想象成在一個處于絕對實驗的條件下進行探索，比如對于速度越大質(zhì)量越大這個理論，根據(jù)相對論，對于運動物體而言，其運動質(zhì)量的確要大于靜止質(zhì)量，這一效應(yīng)要在速度相對于光速具有可比性時才會明顯，所以生活中我們無法察覺（光速為每秒30萬千米）。而高速運動的物體我們無法用生活常識去解釋了，就如同牛頓力學(xué)在微觀世界失效一樣。所以有的時候不能根據(jù)日常生活中的實際情況進行探究。

再如，為什么高速運動的物體質(zhì)量會變大呢，我認(rèn)為對于高速運動時物體相對質(zhì)量大于靜止質(zhì)量這一問題，是從數(shù)學(xué)理念上解釋的，而且是站在不同的慣性系觀察的速度不同這一基礎(chǔ)上的，并沒有解釋增加的質(zhì)量到底是什么，但可以根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系來理解增加的質(zhì)量為增加的能量，因為E=mc2；也可以這樣理解：對于高速運動的物體A，處于靜止的人無法用同樣處于靜止的測量工具進行測量，而對于具有與A同樣運動速度的測量工具（如天平），相對于物體A來說是靜止的，所測出的質(zhì)量也是靜止質(zhì)量，即該物體質(zhì)量沒變，但是，如果沒有相對靜止的測量工具進行測量的話，就要附加上一定的物體運動能量，這樣物體的質(zhì)量就會在運動中變大。

結(jié)語

綜上，本文通過高中物理知識和自己的探索，對生活中的時間、質(zhì)量和速度進行了簡單的探討，可以說，生活中的物理學(xué)雖與我們生活密切相關(guān)，但是也有很多是看不見、摸不到的，它需要運用我們的想象和聯(lián)想能力，對于物理知識進行對比分析，把物理的一些理論放在一個相對沒有附加因素的實驗環(huán)境中去探討和探索，只有這樣，才能找到物理理論的真正使用之處。

參考文獻

[1]羅邵凱，郭永新.轉(zhuǎn)動相對論系統(tǒng)動力學(xué)的積分理論.[J]物理學(xué)報.2001；

[2]楊光平.密度、質(zhì)量、體積與速度、路程、時間的計算.[J]物理教學(xué)探討.2004