力学论文 力学课程论文范例优秀7篇

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力学论文 篇一

岩石材料在动态压缩载荷作用下的力学特性是研究岩石结构如隧道、岩质边坡在爆炸荷载以及地震荷载作用下的响应的重要参数。这一课题的研究始于20世纪中期，如文[1-6]的工作。这些研究结果表明，岩石材料的力学特性表现出较明显的率相关特性，例如，岩石材料的抗压强度一般地随应变速率的增加有增加趋势。

本文概述了作者近年来对花岗岩材料在动态压缩载荷作用下力学特性进行的实验以及基于细观力学以及断裂力学进行的理论研究成果初步工作，力图为岩石动力学的相关研究提供借鉴。

2实验研究

实验所用岩样取自新加坡BukitTimah地区钻孔取出的岩芯，在室内用套钻加工成f30´60mm的圆柱体试样。实验设备为RDT－1000型岩石高压动三轴实验系统，该系统的工作原理以及性能指标见文[5,6]。实验中，应变速率范围为10-4～100s-1，围压范围为0～170MPa。

图1描述了花岗岩在动单轴压缩载荷作用下强度随应变速率的变化规律。可以看出，花岗岩的抗压强度随应变速率的增加有较明显的增加趋势，当应变速率从10－4s-1增加到100s-1时，花岗岩的抗压强度约增加15％。

实验结果还表明，花岗岩的弹性模量和泊松比随应变速率的增加没有明显的变化趋势，而且结果比较发散。

图1花岗岩单轴抗压强度随应变速率的变化规律

Fig.1Changeofuniaxialcompressivestrengthwithstrainrateforgranite

图2抗压强度随应变速率的变化规律

Fig.2Changeofcompressivestrengthwithstrainrate

图2、3描述了花岗岩抗压强度在动三轴压应力作用下随应变速率以及围压的变化规律，可以看出。不同围压下，花岗岩的抗压强度随应变速率的增加有增加趋势，同时，强度的增加幅度随围压的增加有明显的减小趋势。在不同应变速率下，岩石的抗压强度随围压的增加明显地增加，而且，强度随围压的增加幅度在不同应变速率下基本上相同。

三、理论研究

岩石是一种较典型的非均质材料，普遍包含着不同尺度的缺陷。在压缩载荷作用下，微裂纹将在这些缺陷的周围产生并且扩展聚合，导致岩石材料的破坏，影响岩石材料的宏观力学行为。基于这些认识，一些裂纹模型被应用于研究岩石材料在压缩载荷作用下的强度以及变形特性。结合断裂断裂力学的相关理论，这些研究架起了岩石材料细观和宏观力学特性之间的桥梁，也成为目前岩石材料力学特性研究的热点方向。在这些模型中，滑移型裂纹模型最广泛地应用于研究脆性材料在压缩载荷作用下的力学特性。

图3抗压强度随围压的变化规律

Fig.3Changeofcompressivestrengthwithconfiningpressure

图4单轴情况下的裂纹模型

Fig.4Slidingcrackarrayunderuniaxialcompression

文[7,8]采用图4、5所示的裂纹模型模拟花岗岩材料在动单轴压缩载荷作用下的劈裂破坏模式以及三轴作用下的剪切破坏模式，并结合裂纹的动态扩展准则模拟了花岗岩材料的动态抗压强度随应变速率的变化规律，如图6、7、8所示。图7-8的结果表明，模拟结果与实验结果较一致。

文[7,8]的结果还表明，裂纹的扩展速率以及岩石材料的断裂韧度的率相关特性是花岗岩单轴抗压强度随应变速率增加而增加的内在原因，同时，由于围压阻止了拉伸裂纹的扩展导致了岩石材料的抗压强度随围压的增加而增加。

图6三轴情况下的裂纹模型

Fig.6Slidingcrackarrayundertriaxialcompression

图7模拟强度与应变速率关系(单轴)

Fig.7Changeofsimulatedstrengthwithstrainrate(uniaxialcompression)

图8模拟强度与应变速率关系(三轴)

Fig.8Changeofsimulatedstrengthwithstrainrate(triaxialcompression)

四、结语

随着国家西部大开发战略的实施，我国将迎来新一轮的基础建设高潮，如青藏铁路以及南水北调西线工程，在这些工程的实施中，普遍存在强烈地震作用下隧道以及边坡岩体的稳定性问题。同时随着工程爆破在岩矿开采、地下洞室的营建以及场平开挖等工程中的广泛应用，也将存在诸如大型水利及能源工程基础爆破开挖中基岩的保护、爆破荷载作用下岩石结构振动安全等问题。另外，在新的战争态势下与国防安全相关的岩石结构防护工事防护性能评估也是目前需要解决的焦点和热点问题。上述问题的解决，在一定程度上要求对岩石材料的动态力学特性进行系统的研究。因此，深入开展岩石材料动态力学特性研究不仅是岩石动力学科发展的需要，也是国家建设和国家安全的迫切需要。

图9模拟强度与围压关系(三轴)

Fig.9Changeofsimulatedstrengthwithconfiningpressure(triaxialcompression)

参考文献

(1)FriedmanM,PerkinsRDandGreenSJ.Observationofbrittle-deformationfeaturesatthemaximumstressofWestlygraniteandSolenhofenlimestone.IntJRockMechMinSci,1970,7:297-306.

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(3)吴绵拔，刘远惠。中等应变速率对岩石力学特性的影响。岩土力学，1980,(1):51-58.

(4)鞠庆海。不同加载速率不同围压条件下混凝土的破裂判据与动态性能研究。中国科学院武汉岩土力学研究所硕士学位论文，1993.

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(6)LiHB,,1999;36(8):1057-1063.

(7)LiHB,ZhaoJandLiTJ.Micromechanicalmodellingofmechanicalpropertiesofgraniteunderdynamicuniaxialcompressiveloads.InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences,2000;37:923-935.

(8)LiHB,ZhaoJ,LiTJandYuanJX.Anayliticalsimulationofthedynamiccompressivestrengthofagraniteusingtheslidingcrackmodel.InternationalJournalforNumericalandAnalyticalMethodinGeomechanics.(2001,inpress)。

Abriefintroductionfortheexperimentalandtheoreticalstudyondynamiccompressivemechanicalpropertiesofagranite

AbstractTheexperimentalstudiesonthemechanicalpropertiesofagraniteunderdynamiccompressionarebrieflyintroducedinthepresentpaper.Thecrackmodelofrockmaterialunderdynamiccompressionisalsoestablished.Basedonthefracturemechanicsandmircromechanics,thesimulatedstrengthunderdynamiccompression,aswellasthestressstraincuresunderdynamicuniaxialcompressionofthegraniteareobtained.Itisindicatedthatthesimulatedresultsagreewiththeexperimentalresults.

力学论文 篇二

本文主要是对我的前两文[1]与[2]的进一步说明。需要读者结合我的前两文来读此文。由于[1]文中用引力一词，需用[2]文与此文重新理解之。本文的例题可以增强对我观点的理解，同时也体现了由于其进化性而带来的在习题解法上的取代性、新颖性、思路明晰性及简捷性。我的观点核心是“广义惯性与整体天体”，对这两个方面的理解的最大障碍就是我们已经习惯了的牛顿力学的思维方式。只知道用所学到的“知识”去思考世界，而不反省作为思维的基本要素——概念及各种概念、命题、观念之间的逻辑关系的内在合理性问题，这是科学理论研究之大忌。如果现有的概念、命题与观念不能表达新的内容，就需要改变它们，或重新建立。

一、惯性力学

严格说来：牛顿第三定律(互为作用力定律)应该是力学“体系"定律，是在各种作用方式力以及各种属性力之间建立关系的定律；去掉牛顿第三定律后的广义力学核心四定律（见[2]文），应该称为“惯性力学”核心三定律（以下简称“惯三律”）。“广义”是相对牛顿力学及牛顿惯性而言的。之所以还保留“广义惯性”一词，也是因为只有惯三律被大多数人接受后，才会完成它的历史使命，再改变为“惯性”一词。牛顿第一第二定律（以下简称牛二律）是惯三律的物体外部空间在ρ均匀空间情况下的定律，是其推论，不再是惯性力学的核心公设性质的命题

（一）广义惯性使牛顿力学进化

爱因斯坦独具慧眼，从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实，总结出了等效原理，且明确与准确地说：物体的同一性质按照不同的处境或表现为“惯性”，或表现为“重性”（[3]第55页）。这个同一性就是广义惯性，这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以，广义惯性的发现，其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性，所以，又是其进化。同时，也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生，走了一大圈“弯”路后，在他晚年时，才看到了解决这个问题的曙光——物体具有空间的广延性（[3]第十五版说明），由此“广延性”再往前走一步，就是[2]文说

*男，1949年生，1983年毕业于东北师大数学系，长春市吉林工学院家属宿舍14号楼43号（130012）

的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实：物体质量部分的压强梯度现象（注：在固态的具体物体内部，此“压强梯度”表现为“胁强”），也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质（[4]第六章）。于是，“万事俱备”，只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说，惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把“重性”也归于同牛顿惯性一样的物体属性，所以，其革命意义也主要体现在“重力”方面。“引力”是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来：一个是仅表现广义惯性的一般（非整体）物体；另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有“力”的关系了。但通过重力场（原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变）有“能”的关系（见此文的“ρ空间与能”一节）。到此为止，广义惯性已经完成了其逻辑任务，即取消了引力及导出了中心物体的特殊性（当然也具有广义惯性的一般性）。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是，广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性（也就是“自圆其说”）。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然，更没有质量的第三个属性——产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间，也有其对应的经验事实，即具有重力场的质量部分的天体，一般都具有密度及压强（也有温度及磁场因素）与中心距离近似反比分布（中聚度）的现象。同时，其现象也表明了这个天体（中心物体）的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。

（二）再看牛顿力学

为什么人们回避牛顿第二定律中的“力”（外力）的反作用力就是物体的惯性力的道理呢？就是因为把重力也当作外力（引力）时，物体本身没有反作用力——惯性力（重力加速度与物体质量的大小无关），这正是牛顿力学理论内部的不能“自圆其说”的地方，这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性（无意识的），不得不让其“外力”担当“广义”的力的重任。“力是物体加速运动的原因”这一没有条件限制的观念，是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是“绝对”的加速运动，人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量，使力成为其运动的原因。于是，其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体“自由”或有阻力的“不自由”的加速运动，也当作有外力（不包括阻力）正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力，是说明牛顿力学中还有第二个观念：“力是物体对物体的直接作用”——这是作用方式力，但有的教材除了摩擦力外，把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时，真的不存在另一个物体来表现之，只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时，发现确实有另一个物体（中心物体）与之对应，这可是“真实”的外力了。麻烦又出现了，这个引力是超距作用性质的力，从作用方式力的观念角度来看时，又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性，又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种“微粒子”，以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力，还要为这虚构的“东西”再虚构一些东西，麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性，也可以说是“万有”惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位，而其他属性（如弹性与磁性等）力学占次要地位，且以“惯性力”作为力的物理单位，也是由于其“万有”的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间（重力场）及场源物体（整体天体）可不“万有”。这两个角度分不开，还会认为重力（引力）“万有”，这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索“引力作用机制”的研究方向成为毫无意义的方向，是徒劳无功的方向，因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。

（三）再看广义相对论

爱因斯坦特有的知识结构（马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何），决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷，就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同，于是，作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了（相对性）。不得已，马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性（保持性）与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发，又发现了等效原理，但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空，只不过是用“运动”（还是光运动）角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法，其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了“光速”的弯曲时空还有力学意义的话，与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述：一个是以广义惯性“运动”的角度的描述；一个是以广义惯性“力”的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义，正是中心结构的ρ非均匀空间（重力场）的经验性的描述。终究是“描述”，都不能代替核心命题性质的“表述”。没有明确的命题表述，其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由“思维”实验得来的，且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象，爱因斯坦在具体计算其偏转角度时，实际上是“非常谨慎地用惠更斯原理”（[5]第23页）。而惯三律所依据的“低速“等效原理，连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别，因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以，任何脱离与回避“低速”等效原理的力学理论，肯定是不会成功的理论，因为其现象普遍存在于客观世界，且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对“光”情有独钟，也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾：“产生”引力场的中心质量（中心物体）必须很大，而体现弯曲时空（引力场）作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要，这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而“光子”正好是最小的物体，也就回避了这个矛盾。只有“整体天体才产生重力场”的结论，才可以解决这个矛盾。

引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题，来源于爱因斯坦。引力已经不存在了，当然“引力”波也不存在了；如果重力场有边界，重力场就与电磁场不同，当然引力“波”也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的“黑洞”，黑洞不存在，因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于“引力”；如果是由于“弯曲时空”原理而导出的“黑洞”，黑洞也不存在，因为本来弯曲时空是由光线的弯曲（光子的广义惯性运动）而规定出来的，反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的，这是什么逻辑？如果光线在重力场中有红移效应，那么，由此原理而导出的黑洞，黑洞有可能存在。引力都不存在了，也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的“大统一理论”仅剩下“引力”没有被统一进去，也正说明了这个问题。

二、ρ空间概念

（一）场

电磁波的发现，为物理学带来了场概念。仅作为数学意义的场，是具有结构的空间，而作为物理学意义的场，当然是具有物理意义的且具有结构的空间了。从逻辑学角度，由于场具有不依赖负荷者的存在与否的性质，所以，场是本体概念（不一定是物理学中的实体才叫本体）。场作为非质量因素的“物体”，没有力学中质量的物体的作用特征。场的作用性是：某种物理性的场使其场内的物体能够表现出相应的自身属性。“力场”是使其场内物体在体现其自身属性时，其物体对其他物体的力作用，而不是场本身在对物体有力的作用。重力场的作用涵义就是在物体相对场（参考物为中心物体）的平动状态或非“自由”加速运动状态情况下，该物体对其它物体的广义惯性力的作用。原来力的作用观的主动作用“力”与被动作用（物体）的关系是绝对的（虽然还说是相互的），而场的作用观则是场内物体由于自身属性对场有主动反映。这两种作用观是不相容的（[6]第92页）。“引力场”概念本身就是这个“不相容”的混合体，从而造成了理论思维的混乱。没有这两种作用观及本体性场与关系本体性场的区别认识，则其理论思维是混乱的。只有本体性的场，才能逻辑定义关系本体性的场，才能有清晰的认识。

对场本身不宜过多深究。之所以对场感觉玄，还要深究，其原因往往也是由于总想回到力作用观的理解下才觉得“塌实”的一种心理趋向。只要能测量及描述之就够了。重要的是，要深究场源物体产生场的物理机制与对场有反映的物体的物理属性及其物体在场内怎样表现其属性的内容。麦克斯韦方程、无线电台与收音机这三要素，就已经意味着深究了该特殊电磁场的所有方面。

(二)ρ空间与能

ρ场与势场都是标量场（本体性），是说明ρ场概念的内涵中还有“势”涵义。也就是说，物体与中心物体通过重力场有“能”的关系。在天文学领域，许多人在运用引力定律时，已经以中心天体为势场中心的角度来计算了。从熵的角度（不是狭义的热力学中的熵，而是耗散结构理论中的熵）：ρ均匀空间（原来称为欧氏空间、牛顿绝对空间与平直时空）则是能量为零的熵空间；ρ非均匀空间是具有能量的负熵空间。也可以说，广义惯性就是物体通过某种运动状态来保持或主动改变某种运动状态来达到其内部熵状态的一种属性。所以，用熵与负熵角度来区别由广义惯性引出的两种空间，才是其区别的本质。通常说质量（仅指宏观物体质量）也具有能量，其真正的涵义应该是物体内部的负熵能量，质量是其负熵能量的“和”。物体内部的负熵状态，除了静止在重力场中的情况外，一般都是随机的及暂时的。而作为“恒定”的重力场（包括质量部分的整体天体）这一中心结构的负熵空间，正是有序结构空间，也正是整体性空间。当把重力场这一特殊的空间变为具有负熵意义的空间时，其内容将要与物理学分道扬镳了。物体内部负熵空间的产生原因，来自其外力或自身的动能或其外部负熵空间。而不能化为物体内部空间的重力场，其产生及维持的原因则是未知的。但整体天体产生重力场这一经验命题，毕竟大大地缩小了寻求其原因的范围。而“引力”的认识，反而以为不存在其原因了。在这里要强调一下，ρ场仅是力学中的抽象概念，ρ场包含物体内部的空间及重力场，重力场是特殊的ρ场。

(三)作为基本概念的ρ空间

为什么ρ空间姗姗来迟呢？就是由于从经验层次的现象（已经归纳的现象）再变为抽象层次的基本概念的过程，是人们最不习惯的过程，总不容易摆脱“具象”。之所以不习惯，其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式，即使有了“具象”也看不到其抽象意义。而由抽象变为“具象”的过程，那可容易多了，但也往往“具象”出来客观世界不存在的东西。

从逻辑学角度，基本概念是不能被其它概念来定义的概念，其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此，只能用“感觉”到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之，但又不是压强梯度本身。“真空”是具象空间，真空里照样存在“重力场”的ρ梯度值的有否，可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象，不能变为一个基本概念，也是爱因斯坦的“一无所有”的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一，而用“运动”规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是：物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间，也是爱因斯坦晚年醒悟的“物体具有空间广延性”的涵义；而重力场空间不仅包含质量部分（整体天体）的空间，也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为“一无所有”的无边界的抽象参考系而带来的“相对”不清的问题。总的说来，ρ空间仅在数学形式上是标量场（其梯度为矢量场），但在物理意义上，则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。

三、惯性力学及其例题

在中学教材中，加速度可直接用一个字母来表示。ρ梯度与加速度一样，也可直接用一个字母来表示，设定其字母为P，其物理单位名称为“坦”。为了遵从现在教科书的习惯，力的物理单位仍用“牛顿”。那么，广义惯性力定律需要乘上量纲系数k，运动定律需要乘上k的倒数。在计算习题时，可设量纲系数为1。物体内外空间的ρ梯度，以下简称内P与外P。惯三律可以改写为以下形式：

①广义惯性定律：物体总保持其内部的ρ均匀空间时的运动状态。

②广义惯性力定律：F=kmP内

③广义惯性运动定律：P外－P内=1/k×a

惯三律的运动定律：其三个矢量在同一条直线上，并且方向相同；如有一矢量方向相反，则变正负符号；如有一矢量不在其直线上，依习题具体情况有时可用矢量分解的角度化为其直线上的矢量。值得注意的是，P矢量的垂直方向，该P矢量为零。特别值得注意的是，由于设量纲系数为1，绝对值a有物理意义的双重性，有时表示P值，有时又表示物体的加速度值。原来牛顿力学中也隐含这双重性，但没有P物理量之前，其物理涵义是混乱、自相矛盾或是错误的。在做习题时，一定要依题意，来决定双重性的哪一方，比如当外P=g时，有时仅表示以单位为坦的重力场的强度值，有时仅表示以单位为加速度的自由落体运动的值，这时的g就不能再乘质量了。当物体内p=g时，表示物体处在相对重力场的静止及平动状态，仍需要以“坦”为单位来计算，表示物体处在非广义惯性运动状态，（准非广义惯性运动状态则是非g值的不自由落体加速运动状态）这时物体必有广义惯性力（重力）与其反作用的真正的外力存在。

由于惯三律取代了牛二律的理论核心地位，当然，其解题思路及解法也具有取代性。惯三律与牛顿力学的解题思路及解法的区别的关键就在于：合外力的解法，在今后仍可继续运用。但在针对某一物体的受力分析过程中，该物体的质量与其内部的ρ梯度值的乘积值仅是该物体的广义惯性力的值，其力的反作用力，才是真正的合外力。牛顿惯性力、惯性离心力、科里奥利力与重力都是真实的该物体的广义惯性力。

例题1：

一辆装满水的车厢以恒加速度a1=10m/s2在水平轨道上运动，一个质量为m=2kg且运动方向（以车厢为参考系）的加速度为a2=8√2m/s2的小球从车厢上部落下（不接触车厢壁），求小球的阻力f及其与垂直线的夹角θ。（示意图略）

解：地面重力场P1=10（坦）。

（1）水平方向的车厢外P1=0，其内P为P2，依运动定律，P1-P2=a1，即-P2=a1=10（坦）。（2）垂直方向的车厢内P3及车厢加速度a3，依运动定律，P1-P3=a3，因其相对地面平动，a3=0，即P1=P3=10（坦）。（3）车厢合内P42=P22+P32=102+102=200，即P4=10√2（坦）；夹角由tgθ=p2：p3=10：10=1，得θ=450。（4）小球外P4，小球内P5，P4方向，依运动定律，P4-P5=a2，即P5=P4-a2=10√2-8√2=2√2（坦）。依广义惯性力定律，F=mP5=2×2√2=4√2，又依互为作用力定律，f=-F，即f=4√2（牛顿）。答：略。注：如把惯三律的一些特殊情况转化为一系列推论，直接用其推论，则解题步骤将很简单。

例题2：

一架质量为m=5000kg的飞机，在竖直环行轨道上以速度v=100m/s飞行，求：（a）环行轨道的可能的最大半径r；（b）在其环行轨道最低点处作用机上的升力f。（示意图略）

解：（a）在可能的最大半径的环行轨道的最高点处，飞机的内P=0，飞机的外P=g=10（坦），依运动定律，P外—P内=a，故P外=a=10（米/秒2），而a=v2/r，故P外=v2/r，r=v2/P外=1002/10=1000(米)。（b）在此轨道最低点处，依运动定律，P外-P内=-v2/r，故P内=P外+v2/r=10+1002/1000=200（坦），依广义惯性力定律，F=mP内=5000×20=105，又依互为作用力定律，F=-f，得f=105（牛顿）。答：（略）。

注：例题1中的车厢内有一半水的情况下，水面是斜面，其合内P4垂直其水面。而水中有压强梯度，则表象说明了车厢内的ρ空间。但合内P4不直接等于水的压强梯度，虽然其方向相同。这是抽象命题转化为经验命题的问题，其合内P4与其水的压强梯度之间有调整系数。车厢内如果是真空（或有空气阻力略）的情况下，车厢内只有P1，小球相对地面是自由落体运动，没有外力作用之（判别标准之一），小球内P为零。所以，此真空情况下的习题没有求阻力的问题，是纯运动学问题。如果小球有悬线系在车厢顶上，不论车厢内有水还是真空情况下，小球会相对车厢静止，小球质量部分的空间与车厢质量部分的空间是合为一体的空间，要计算此题，需要把重力场P1与车厢水平加速度a1共同“直接”转换为小球两内P，再计算其合内P，再求其广义惯性力及悬线张力。例题1是平动方面的解法，例题2是转动方面的解法。而转动方面的解法，有时也需要换作内P=v2/r，及也可内P=ω2/r、内P=2ωv、再用合内P方法来求解。读者如果有兴趣，也可以合内P的角度用高中数学来推导此环行轨道任意点的广义惯性力的公式。

另外，教材中的机械能部分也应该作相应的调整。势能公式中的g换为内P1，即E=Mp1h。如果不换，其实质涵义是质量为m的物体正在做自由落体运动，其公式仅表示物体变化的动能。惯三律的运动定律对距离的积分后再乘上质量的数学式，正是惯性力学的机械能守恒定律，然而这已是大学物理教材的内容了。由于广义惯性取代了牛顿惯性的理论核心地位，力学体系的结构也须重新调整。由于力概念分为作用方式力与属性力，力学体系的结构也应有这两部分相对独立的内容。属性力学仍然包含惯性力学、弹性力学、电磁力学。实际上有些应用力学，如爆炸力学等，也属于属性力学范畴。以往把引力定律作为牛顿力学的核心命题来运用则是错误的，因为引力定律仅是经验公式。当然，引力定律在惯性力学这里也是经验性质的命题，仅具有特殊例题的地位；

四、引力与重力场

（一）惯三律与引力定律

在惯三律这里，引力定律的运用分两种情况：一种是物体的内P=0，物体的加速度a≠0，其外P=kM0/r2（k为引力常数，M0为重力场的中心物体的质量）的情况，也就是物体在重力场中正处于广义惯性运动状态的情况，其外P=kM0/r2的涵义是表示重力场强度及其强度的分布状态。在以往，外P=kM0/r2这一公式是由引力定律和所谓的引力质量与惯性质量相等的角度得来的；另一种是在物体的加速度a=0，物体的内P≠0，其外P=kM0/r2的情况，也就是物体在重力场中正处于非广义惯性运动状态的情况。由此种情况再利用惯三律就导出了引力定律。由于天体的运动一般都是广义惯性运动，所以引力定律在天文学中的运用，仅适合于第一种情况。然而遗憾的是，以牛顿三定律与引力定律为出发点的天体力学，虽然在实际应用方面，有部分内容已经按第一种情况来计算了，但仍然是引力涵义的理解。还有相当部分的内容是按第二种情况来计算的。按引力涵义理解的第二种情况而得出的一些天文学的结论则是错的，比如：两个天体绕公共质心旋转问题，这是只有在ρ均匀空间的前提下才成立的问题，而在ρ非均匀空间（重力场）的前提下，此问题不成立。有的天体演化假说竟可以说公转的天体能被中心天体的引力吸出个包来，岂不可笑。可以说，以相互作用力的角度而运用引力定律的天文学的许多结论，几乎都要成问题。

当说到平稳地落在金星地表面上的探测器是由于其巨大的大气压而压“扁”的时候（由此理不能压扁），实质是由于金星地表面的ρ梯度值非常大，以至在探测器的质量部分的内部形成了巨大的胁强，从而就象地球的地面上的“面团”变扁的原因一样，而变扁了。这说明了金星表面重力值大大地超过了地球表面重力值。而金星质量小于地球质量，可见引力定律适用的近似性、局限性及经验性，说明了引力的理解也是错的，也说明了重力场的强度不依赖中心物体的“质量”。如果说有无大气层则标志了其星体的表面重力值的差别，为月球直径三分之一的天王星卫星有大气层，如果其表面重力值大于月球表面重力值，那也说明了重力场与中心物体的质量因素无关。牛顿引力定律的中心质量仅具有重力场“势”的初始量的意义，而不完全代表实际的中心天体的质量。从重力场强度分布角度，其平方反比律仅在某一空间范围内成立，在接近重力场中心处及其边缘处，也可能是立方反比律，究竟以什么“律”分布，这由实践探测来决定。目前流行的所谓引力常数随宇宙时间变化的说法是没有意义的。从天体演化角度，随着重力场与整体天体起源演化过程，其重力场强度当然是要变化了，不仅有长期的变化，还有随机的小的变化。但这随机的小的变化，就足以使某些整体天体发生地质的地震或火山喷发等现象的发生。然而这已不是物理学的事了。

（二）重力场有边界的证明

最近哈勃望远镜观测到一颗恒星的有一光环，其光环外边缘呈辐射状，其光环内边缘完整，内边缘与中心发光恒星之间区域是黑色空间（此照片许多人都看到了）。这个结构可以说是重力场有边界的证明，边界就在其光环内边缘处，这也说明光环“静止”在空间中。如果这颗恒星的重力场没有边界，那么，光环中的物质必有公转运动，于是，光环的外边缘就不会是辐射状。土星光环的外边缘就没有

辐射状，就是因为它有公转运动，也说明它处在土星的重力场的范围内。

五、整体科学体系

（一）整体自然观的本体论

说自然界是一个统一的整体，好像就是这个整体自然观，然而，这是笼统的认识。更准确的认识应该是：自然界是由不同层次的与同层次的不同的整体所组成的。宇观世界（宇观世界的一部分在以前也被当成了宏观世界）是由某些整体性的卫星、行星、行星系、恒星、恒星系、宇宙中的各种星系所组成；宏观生命世界由DNA、细胞、生命个体与群体、人类社会所组成；微观世界由分子、原子、某些整体性的基本粒子所组成。

由于这三个世界的整体不同，其属性也有所不同，所以，这三个世界的分界线应该是：微观在分子空间尺度之内；宏观在分子空间与近似月球的空间尺度之间；宇观在近似月球空间尺度以上。

这些整体有其内部的有序结构，性质与功能，有其起源与演化过程。这三个世界有其演化的同步性。当然，自然界中还有各种非整体，但也一定属于某个整体，是其组成要素及局部。只有自然界的整体，才有起源与演化问题。而非整体则没有起源与演化问题。

（二）整体科学体系与物理科学体系

整体自然观为科学提供了一个新的科学体系（整体科学体系）框架与背景。整体科学体系是研究自然整体的整体性质与功能、有序内部结构及其起源与演化过程的科学理论系统。由经典物理学发展到今天的现代物理学，物理学已成为无所不包的科学，简直成了自然科学的代名词。这意味着什么？意味着把物理学的原则、观念、概念、思维方式与思维方法也带到了整个自然科学，也带到了自然界，从而，忽视了与抹杀了对整体性方面的认识。这两种科学体系在观念上、思维方式及思维方法等方面都截然不同。

（1）本体论问题

在物理学的物体观中，物体没有内部有序结构、有可分割性及没有起源演化性；在整体自然观中，自然整体物体有内部有序结构、有整体属性的不可分割性及有起源演化性。物理学是非整体观下的科学。物理学本身没有错，错误就在于把整体的客体也看成了非整体，还把分子与原子当作力学的粒子，天体还被认为是物理学中的一般物体。在此，还有必要澄清一个认识问题：非整体与整体是矛盾关系，但还有一般性与特殊性的关系。自然整体仍然有物理学的一般性，只不过多了一个整体性。比如：凡是具有质量的物体（不管是整体与非整体）都有惯性；而重力场仅是整体天体所具有的；当我们说起源演化性的时候，也仅是自然整体所具有的。另外，还要澄清一个认识问题：抛开“本体”，单独说属性与关系也有起源演化问题，是不妥的，属性与关系必有其自然物为其载体。某物有起源演化过程，其整体的属性与关系也自然随之出现。某物没有起源演化问题，其属性与关系也自然没有之。说惯性与引力也有起源问题，其错误之一，惯性与引力是属性与关系，没有与其载体一起说明，其错误之二，惯性与引力的载体是一般性的物体，没有起源问题，当然惯性与引力也就没有起源问题。况且，引力本来就是人为虚构的东西……。

（2）方法论问题

物理学是对自然界的单一因素的研究，而整体科学注意的是（前提是整体）多因素之间关系的研究。说“物理学是对自然界分析的科学”的说法不太准确。当把物理学体系的知识运用到自然客体上时，而产生的相应的所谓交叉学科本身，如地质力学、电生物学、地磁学、太阳系物理学等等学科，才是对自然“整体”的分析（非整体要素）的认识。相对未来的整体科学理论来说，这种交叉学科的内容一般仅具有感性认识（现象层次）的性质。整体科学研究具有复杂性原则，是一因多果、一果多因、互为因果、多因多果的因果论。而物理学研究则具有简单性原则，探求一个终极原因的因果论。而当涉及到许多要素之间的复杂关系的认识时，则需要整体哲学。当地球物理学家对地球的各种因素之间的关系的东一下西一下的无章法的论述而痛苦不堪时，最有体验需要一种不同于物理学思维方法的哲学。

（3）认识论问题

说物理学的性质是实验科学，应该是指它的认识手段主要是靠实验。实验是通过人为改变自然客体的方式认识世界的。这种“人为”认识而带来的思维方式与“自然性”是对立的，在认识自然整体方面容易造成认识误区：其一，容易把人的因素外化为客观因素，形成了外因思维方式，比如对地球及生物的演化过程中的一些历史事件，就容易用“偶然”的灾变说的思维方式来对待。当然，在某些事件上，其偶然外因也是更高层次的整体的必然内因；其二，容易把人为改变后的自然整体简单还原，比如用打破原子核的方式认识其要素时，而又必须回复未打破原子核之前的原子核结构的认识，那么，未打破原子核之前的原子核结构能否一定就是质子与中子的简单组合么？也许自然状态的原子核原本不是质子与中子的分立状态的组合结构

（4）学科分类问题

与整体自然观对应的学科体系则是整体科学体系。其具体学科的分类标准就是以各种整体为分类原则，如：地球学、行星学、星系学、原子学、细胞学等等。作为现代物理学的量子力学，仍属于物理学范畴，因为量子力学是对微观整体的分立状态（量子状态）的宏观表现的描述。至于广义相对论，在我的前文与此文中已提及，在此不再重复。

六、引力理论的分化及需要解决的问题

广义惯性使独立的引力理论分化为两个相对独立的科学体系之内的问题了。一方面是惯性力学仍属于原来的物理学体系，也包含对重力场的描述；另一方面，整体天体及其产生重力场的内容，则属于正在孕育的且将充满无穷活力的整体科学体系的内容了。虽然重力场产生于整体天体的未知的物理机制，但不影响广义惯性及其与重力场的关系是一个独立的问题，而且是已经解决了的问题。

探索重力场的产生机制的问题。则是实践方面的任务。但首先希望有关科学机构尽快着手进行小行星或火星卫星的表面重力值的探测活动，这是极其重要的。如果证实了其值为零，也就从侧面证明了重力场产生于整体天体这一经验命题。当然还有理论上的繁重任务：其一是改造目前大中学物理教材相应的部分。其二是更具挑战性的是要改变由引力定律的“引力”角度而引出的许多天文学方面的结论，问题不仅仅是改变结论的问题，而是将要引出许多新的天文学研究成果。牛顿力学是ρ均匀空间条件下的理论，在重力场（负熵空间）条件下，牛顿力学的许多内容是不适合的，有许多新的内容有待于探讨。

上面整体科学体系一节所讲的仍然很笼统（1）现在急需要操作性很强的哲学层次上的整体科学思维方法被研究出来。目前的一般系统论、控制论、耗散结构理论、协同学等一般科学理论，正是研究复杂性问题的理论。这些理论的出现，也正说明解决复杂性问题（也是整体科学思维方法问题）是我们这个时代的需要。整体科学体系需要这个“操作系统”。人体是自然界中相当高级与复杂的系统，要解决复杂性问题，也许会从人体这里得到很多启示。（2）整体天体有不可拆构性，微观整体的结构有相对不可直观性，然而，怎么才能认识其内部有序结构，也需要一个思维方法及实验方法来解决此问题。（3）需要解决某些学说及模型的合理性的问题，比如，宇宙大爆炸学说的合理性的问题，我们不可能在实验室中再重新爆炸出一个地球来。（4）科学哲学就是解决科学理论的合理性问题的，但是，目前的科学哲学的案例主要是物理学，其合理性标准是否也适合于整体科学理论体系还是一个问题。二十一世纪将是整体科学体系产生与发展的世纪。物理学该“减肥”到原来的状态。科学大综合的凝聚点就是整体科学体系。科学大系统需要重新调整。然而，目前需要的是观念的更新，这个新观念应该是整体自然观。

参考文献

[1]马英卓：引力是产生出来的，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1998年第五期。

[2]马英卓：引力与广义力学、整体天体，〈科学〉（科学美国人中文版）杂志，1999年第三期。

[3]爱因斯坦：狭义与广义相对论浅说，上海科学技术出版社，1979年。

[4]（前苏）福克：空间、时间和引力的理论，科学出版社，1965年。

力学课程论文 篇三

1．在教学内容上，注重以典型真实的案例为载体

导弹飞行力学案例教学的载体不是传统教学用的教材，而是精心选择的典型真实案例。这些典型案例就是与教学有关的事例、实例、范例等，但并非所有的与教学有关的事例都可以成为教学案例。选择案例时，要避免随意性。一定要紧扣导弹飞行力学教学内容选择案例，案例中所涉及的知识，应该是学生已经学过或即将学到的，通过案例分析、处理，达到温故知新的目的。

2．在教学目的上，注重学生能力培养

教师在导弹飞行力学教学过程中，有针对性地引入案例，引导学生运用导弹基本理论对案例进行思考、分析、展开讨论，帮助学生加深对导弹理论知识的理解，解决导弹设计中的一些问题。案例教学是一种没有唯一正确答案的教学方法，其重视的不是正确答案本身，而是得出正确答案的过程，从而使学生独立思考，以有效提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，养成不依赖权威性结论的良好心理习惯，培养学生的独立实践能力。

3．在教学主体上，注重发挥学生作用

回顾传统教学，不难发现，学生还是停留在灌输—接受、听讲—背诵—练习—再现这种陈旧、落后的学习角色上。在课堂中，学生完全处于被动接受的角色。这样日积月累，很容易造成学生依赖、被动的品质和习惯。但是，在导弹飞行力学案例教学课堂当中，需要的是以教师为主导、以学生为主体，需要学生与教师、学生与学生之间的交往与合作，需要学生积极主动地投入到导弹飞行力学教学过程，自主完成案例的阅读、理解、分析、讨论、总结、归纳等环节。

二、导弹飞行力学课程案例教学组织实施过程

1．认真分析学生情况

不了解学生情况，可能会影响学生讨论的参与度，甚至出现冷场，影响导弹飞行力学案例教学讨论的深入进行。应分析专业理论知识、专业能力、工作经验和案例难易程度对学生分析讨论的影响，以及学生性格态度对案例教学参与度的影响等问题。

2．选编案例

案例是一个实际情境的描述，包含一个或多个疑难问题，同时也可能包含解决问题的方法。教师应围绕导弹飞行力学迫切需要回答的导弹运动方程组、方案飞行弹道、导引飞行弹道、导引弹道的运动学分析、初始段弹道、导弹动态特性的研究方法、导弹弹体纵向动态特性分析、导弹弹体侧向动态特性分析、滚转导弹弹体的动态特性分析、导弹运动的自动稳定与控制等问题编写案例。在确定导弹飞行力学课程教学目的和方法后，教师要有针对性地选编一个或几个案例，将课程教学内容与知识要点渗透到案例材料中，教师的头脑中要有关于各种案例的基本框架，从中精选出内容丰富、结构严谨、文字生动、耐人寻味的素材作为案例。

3．确定案例讨论的形式

导弹飞行力学案例教学的课堂讨论以学生发言为主，教师引导为辅。按讨论的组织形式，实际应用中有教师主导型、设疑推理型、情景体验型和分组辩论型等。案例讨论时，应创设问题情境。即优秀的导弹飞行力学案例通常是一个矛盾的、复杂的和多元结果的问题情境。这就要求教师在讨论中不要轻易地给出结论，不要武断地认为自己解决问题的方案是最权威的，而应尽可能鼓励学生进行深入的思考，充分拓展其思维和探索的空间，激励创新精神。

4．案例教学评价

导弹飞行力学案例教学评价，是对案例教学具有导向作用的重要环节。案例教学的目的在于运用案例启发学生的探索和思维方式，培养独立分析问题、解决问题的能力。因此，评价教师的教和学生的学的效果，都应从整个案例教学活动的过程进行评价，才能正确而有效地引导案例教学的发展方向，促进案例教学质量的提高。应当改变只注重结果、不注重过程，只注重成绩、不注重能力的传统评价模式。积极构建基于案例教学过程的评价体系，分别对教学案例质量进行评价，对教师教的过程及结果进行评价，对学生学的过程及结果进行评价。

三、导弹飞行力学课程案例教学应用体会

1．了解学生学习状态，精心设计教学活动

学生学习状态是有效实施导弹飞行力学课程教学的重要前提。为了使学生在教学过程中充分发挥主体地位和能动作用，需要每个学生的学习状态能够真正“活”起来，变被动接受为主动探索，以确保案例教学思想的落实。教师在上课之前，要对每个学生的成长过程进行实际调查研究，充分了解学生的身心发展规律，特别是学生的性格特征。其次，在教学过程中，教学设计要有一定的弹性，能够因人而异，并设想多种教学方案，以备应变，防止生硬刻板的教学程式。

2．教学作风民主，营造学生学习良好氛围

导弹飞行力学教学的课堂气氛是否和谐，直接决定着该课程案例教学的成败。教师的教学作风要民主，教师要态度和蔼可亲，真正地热爱学生，经常体现出对学生的尊重和关心，学生感受到教师对自己的热爱，才能表现出兴致勃勃的情绪、大胆思维的神态、跃跃欲试的举止，这样师生关系才能感情融洽、配合默契。

3．回忆导弹基础知识，增强学生学习信心

导弹飞行力学的学习需要导弹结构等基础知识，如果教师没有把导弹的基础知识讲透，学生就会失去学习导弹飞行力学新内容的信心，进而影响案例教学效果。同时，导弹飞行力学各个章节之间都有千丝万缕的联系，需要学生及时复习已经学习过的教学内容，这样就能增强学生学习导弹飞行力学课程的信心。

四、结论

力学论文 篇四

关键词：量子力学；经典科学世界图景；非机械决定论；整体论；复杂性；主客体互动

Abstract:Asoneofthreerevolutionsofphysicsin20thcentury,quantummechanicshasgreatlytransformedtheworldviewofclassicalscienceinmanyaspects.Quantummechanicsbreaksthoughthemechanicaldeterminisminclassicalscience,transformingitintononmechanicaldeterminism;itchangesscientificcognitiveprocessfromthetheoryofreductionismtothetheoryofwholism;itshiftsthewayofthinkingfrompursuingsimplicitytoexploringthecomplexity;italsoestablishestheinteractionbetweensubjectandobjectinscientificresearches.

Keywords:quantummechanics;worldviewofclassicalscience;nonmechanicaldeterminism;wholism;complexity;interactionbetweensubjectandobject

经典科学基本上是指由培根、牛顿、笛卡儿等开创的，近三百年内发展起来的一整套观点、方法、学说。经典科学世界图景的最大特征是机械论和还原论，片面强调分解而忽视综合。以玻尔、海森伯、玻恩、泡利、诺伊曼等为代表的哥本哈根学派的量子力学理论三部曲：统计解释—测不准原理—互补原理所反映的主要观点是：微观粒子的各种力学量（位置、动量、能量等）的出现都是几率性的；量子力学对微观粒子运动的几率性描述是完备的，对几率性的原因不需要也不可能有更深的解释；决定论不适用于量子力学领域；仪器的作用同观察对象具有不可分割性，确立了科学活动中主客体互动关系。[1]量子力学的发展从根本上改变了经典科学世界

图景。

一、量子力学突破了经典科学的机械决定论，遵循因果加统计的非机械决定论

经典力学是关于机械运动的科学，机械运动是自然界最简单也是最普遍的运动。说它最简单，因为机械运动比较容易认识，牛顿等人又采取高度简化的方法研究力学，获得了空前成功；说它最普遍，因为机械力学有广泛的用途，容易把它绝对化。[2]机械决定论是建立在经典力学的因果观之上，解释原因和结果的存在方式和联系方式的理论。机械决定论认为因和果之间的联系具有确定性，无论从因到果的轨迹多么复杂，沿着轨迹寻找总能确定出原因或结果；机械决定论的核心在于只要初始状态一定，则未来状态可以由因果法则进行准确预测。[3]其实，机械决定论仅仅适用于宏观物体，而对于微观领域以及客观世界中大量存在的偶然现象的研究就产生了统计决定论。[4]

量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。量子力学所揭示的微观世界的运动规律以及以玻尔为代表的哥本哈根学派对量子力学的理解，同物理学机械决定论是根本相悖的。[5]按照量子理论，微观粒子运动遵守统计规律，我们不能说某个电子一定在什么地方出现，而只能说它在某处出现的几率有多大。

玻恩的统计解释指出，因果性是表示事件关系之中一种必然性观念，而机遇则恰恰相反地意味着完全不确定性，自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。在量子力学中，几率性是基本概念，统计规律是基本规律。物理学原理的方向发生了质的改变：统计描述代替了严格的因果描述，非机械决定论代替了机械决定论的统治。

经典统计力学虽然也提出了几率的概念，但未能从根本上动摇严格决定论，量子力学的冲击则使机械决定论的大厦坍塌了。量子力学揭示并论证了人们对微观世界的认识具有不可避免的随机性，它不遵循严格的因果律。任何微观事件的测定都要受到测不准关系的限定，不可能确切地知道它们的位置和动量、时间和能量，只能描述和预言微观对象的可能的行为。因此，量子力学必须是几率的、统计的。而且，随着认识的发展，人们发现量子统计的随机性，不是由于我们知识和手段的不完备性造成的，而是由微观世界本身的必然性（主客体相互作用）所注定。

二、量子力学使得科学认识方法由还原论转化为整体论

还原论作为一种认识方法，是指把高级运动形式归结为低级运动形式，用研究低级运动形式所得出的结论代替对高级运动形式的本质认识的观点。它用已分析得出的客观世界中的主要的、稳定的观点和规律去解释、说明要研究的对象。其目的是简化、缩小客体的多样性。这种方法在人类认识处于初级水平上无疑是有效的。如牛顿将开普勒和伽利略的定律成功地还原为他的重力定律。但是还原论形而上学的本质，以及完全还原是不可能的，决定了还原论不能揭示世界的全貌。

量子力学认为整体与部分的划分只有相对意义，整体的特征绝非部分的叠加，而是部分包含着整体。部分作为一个单元，具有与整体同等甚至还要大的复杂性。部分不仅与周围环境发生一定的外在联系，同时还要表现出“主体性”，可将自身的内在联系传递到周边，并直接参与整体的变化。因而，部分与整体呈现了有机的自觉因果关系。在特定的临界状态，部分的少许变化将引起整体的突变。[6]

波粒二象性是微观世界的本质特征，也是量子论、量子力学理论思想的灵魂。用经典观点来看，也就是按照还原论的思想，粒子与波毫无共同之处，二者难以形成直观的统一图案，这是经典物理学通过部分还原认识整体的方法，是“向上的原因”。可是微观粒子在某些实验条件下，只表现波动性；而在另一些实验条件下，只表现粒子性。这两种实验结果不能同时在一次实验中出现。于是，玻尔的互补原理就在客观上揭示了微观世界的矛盾和我们关于微观世界认识的矛盾，并试图寻找一种解决矛盾的方法，这就是微观粒子既具有粒子性又具有波动性，即波粒二象性。这就是整体论观点强调的“向下的原因”，即从整体到部分。同样，海森伯的测不准原理说明不能同时测量微观粒子的动量和位置，这也说明绝不能把宏观物体的可观测量简单盲目地还原到微观。由此我们可以看出，造成经典科学观与现代科学观认识论和方法论不同的根本在于思考和观察问题的层面不同。经典科学一味地强调外在联系观，而量子力学则更强调关注事物内部的有机联系。所以，量子力学把内在联系作为原因从根本上动摇了还原论观点。

三、量子力学使得科学思维方式由追求简单性发展到探索复杂性

从经典科学思维方式来看，世界在本质上是简单的。牛顿就说过，自然界喜欢简单化，而不喜欢用什么多余的原因以夸耀自己。追求简单性是经典科学奋斗的目标，也是推动它获取成功的动力。开普勒以三条简明的定律揭示了看似复杂的太阳系行星运动，牛顿更是用单一的万有引力说明了千变万化的天体行为。因而现代科学是用简单性解释复杂性，这就隐去了自然界的丰富多样性。

量子力学初步揭示了客观世界的复杂性。经典科学的简单性是与把物理世界理想化相联系的。经典物理学所研究的是理想的物质客体。它不但用理想化的“质点”、“刚体”、“理想气体”来描述物体，而且把研究对象的条件理想化，使研究的视野仅仅局限于人们自己制定的范围之内。而客观世界并不是如此，特别是进入微观领域，微观粒子运动的几率性、随机性；观测对象和观测主体不可分割性等都足以说明自然界本身并不是我们想象的那么简单。

在现代科学中，牛顿的经典力学成了相对论的低速现象的特例，成为非线性科学中交互作用近似为零的情况，在量子力学中是测不准关系可以忽略时的理论表述。复杂性的提出并不是要消灭简单性，而是为了打破简单性独占的一统地位。复杂性是把简单性作为一个特例包含其中，正如莫兰所说的，复杂性是简单性和复杂性的统一。复杂性比简单性更基本，可能性比现实性更基本，演化比存在更基本。[7]今天的科学思维方式，不是以现实来限制可能，而是从可能中选择现实；不是以既存的实体来确定演化，而是在演化中认识和把握实体。复杂性主张考察被研究对象的复杂性，在对其作出层次与类别上的区分之后再进行沟通，而不是仅仅限于孤立和分离，它强调的是一种整体的协同。

四、量子力学使科学活动中主客体分离迈向主客互动

经典科学思维方式的一个指导观念就是，认为科学应该客观地、不附加任何主观成分地获取“照本来样子的”世界知识。玻尔告诉人们，根本不存在所谓的“真实”，除非你首先描述测量物理量的方式，否则谈论任何物理量都是没有意义的！测量，这一不被经典物理学考虑的问题，在面对量子世界如此微小的测量对象时，成为一个难以把握的手段。因为研究者的介入对量子世界产生了致命的干扰，使得测量中充满了不确定性。在海森伯看来，在我们的研究工作由宏观领域进入微观领域时，我们就会遇到一个矛盾：我们的观测仪器是宏观的，可是研究对象却是微观的；宏观仪器必然要对微观粒子产生干扰，这种干扰本身又对我们的认识产生了干扰；人只能用反映宏观世界的经典概念来描述宏观仪器所观测到的结果，可是这种经典概念在描述微观客体时又不能不加以限制。这突破了经典科学完全可以在不影响客体自然存在的状态下进行观测的假定，从而建立了科学活动中主客体互动的关系。

例如，关于光到底是粒子还是波，辩论了三百多年。玻尔认为这完全取决于我们如何去观察它。一种实验安排，人们可以看到光的波现象；另一种实验安排，人们又可以看到光的粒子现象。但就光子这个整体概念而言，它却表现出波粒二象性。因此，海森伯就说，我们观测的不是自然本身，而是由我们用来探索问题的方法所揭示的自然。[8]

量子力学的发展表明，不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义，不在于它能够描述出自然“是什么”，而在于它能够明确，关于自然我们能够“说什么”。

参考文献：

[1]林德宏。科学思想史[M].第2版。南京：江苏科学技术出版社，2004：270-271.

[2]郭奕玲，沈慧君。物理学史[M].第2版。北京：清华大学出版社，1993：1-2.

[3]刘敏，董华。从经典科学到系统科学[J].科学管理研究，2006，24(2)：44-47.

[4]宋伟。因果性、决定论与科学规律[J].自然辩证法研究，1995,11(9)：25-30.

[5]彭桓武。量子力学80寿诞[J].大学物理，2006，25(8)：1-2.

[6]疏礼兵，姜巍。近现代科学观的演进及其启示[J].科学管理研究，2004,22(5)：56-58.

[7]陈克晶。论20世纪科学观念的变革[J].武汉大学学报：哲学社会科学版，1996（3）：3-11.

力学论文 篇五

依据上海电力学院的“优基础、强能力、重应用”人才培养目标定位，为适应我国改革开放深入发展对人才的新需求，依托学校电力、能源学科的优势，上海电力学院国际经济与贸易专业坚持“宽口径、国际化、实用性、行业化”的电力特色人才培养目标，努力培养理论与实际相结合、专业基础扎实、行业特色明显、综合素质高、应用能力强的有电力、能源知识背景的对外经贸专门人才。经过这几年的探索与发展，目前上海电力学院国际经济与贸易专业主要有以下特色。

1.注重学生专业综合素质

培养的同时，突出强化专业外语的听、说、读、写能力。近几年来，为了适应我国对外开放的快速发展，尤其是上海“四个中心”建设对国际化人才的大量需求，我们加强专业基础教育、专业技能教育，注重对学生综合素质的培养以及拓宽学生的专业知识面，鼓励学生参加多种多样的课外活动，使其成为一专多能的综合性人才的同时，更加突出强化学生专业外语的听、说、读、写能力。除了基础英语外，我们还开设双语课程，并聘请外教上专业课，提高学生的英语应用交流能力。

2.注重学生专业基础理论

知识学习的同时，更加突出强化贸易实务和金融证券业务等实践操作能力。在考察、学习国内外各层次高校国际经济与贸易专业的建设情况的基础上，结合上海电力学院人才培养定位和服务面向，我们将人才培养定位为：“宽口径、国际化、实用性、行业化”，基于这一定位，我们在注重学生专业基础理论知识学习的同时，更加突出强化贸易实务和金融证券业务等实践操作能力。在课程设计上，我们利用学院较为完善的各类实验设施，开设了综合性的大型作业“会计模拟操作”、“国际市场营销”，还开设了“进出口贸易实务”、“进出口单证及结算”等国际贸易实践类课程，同时还开设了股票、期货、外汇等金融交易的模拟操作课程。

3.依托上海电力学院电力、能源的行业学科优势

突出体现电力、能源贸易人才培养特色。作为电力、能源行业高校，学校要求从事教学的教师必须具有相应的电力能源行业经验，不少教师都会安排专门时间在电力行业与电力企业挂职或兼职，通过校企合作模式，本专业学生每学期至少可以听到6～8学时的具有电力、能源行业背景的专家讲座。他们不仅为学生提供了电力能源经济理论、电力国际化与电力行业产品国际贸易的相关政策，也提供了来自一线的电力能源贸易实践案例。在课程设置上，本专业开设了多门“触电”课程，比如电力发展概论、电力生产概论、电力金融市场、电力系统优化与决策、国际电力市场、电力国际贸易等。在实践课程环节，安排和组织学生到电厂及电力公司等实习单位实习。通过以上途径使本专业学生在学好国际经济与贸易共性专业知识的同时，接触、了解和掌握一定的电力、能源特色知识，从而提升专业学生的竞争优势。

4.注重培养学生的创新思维，提升专业学生创新、创业能力

学生的创新思维是学生走出校门、适应社会、迎接挑战、开创辉煌事业的基因。本专业从大一新生抓起，要求本专业学生必须踊跃参加学科竞赛和创新创业活动，参与各课外兴趣小组，参与教师科研，鼓励学生积极参与第二课堂。在课程设计上，开设了大型实践课程《创业之星》，让同学们进行创业模拟实践。经过几年的努力，取得了骄人的成绩，自2011年以来，每年至少有3个团队参加大学生创新创业项目和全国性的学科竞赛活动。自2011年以来，共有15项涵盖校级、市级以及部级的创新和创业项目立项。

二、实施特色国际贸易人才培养模式现存问题

1.教师的科研能力和教学水平有待进一步提高

还缺乏本专业领域学术造诣深、知名度高的教学名师。大学肩负着人才培养的重任，人才培养质量取决于教师的业务素质，教学和科研水平是衡量教师业务素质最重要的两个方面，两者同等重要。教学是立足的根本，科研是保证。教学和科研应该相互渗透、相互促进、共同发展。经过多年的建设和发展，本专业教师在科研和教学上取得了骄人的业绩，但依然存在一定的不足，在科研方面，表现为高质量的论文偏少，部级、省级的科研项目还比较少。尤其是还缺乏本专业领域学术造诣深、专家级的专业带头人。这种状况的出现有主客观两方面的原因，主观方面在于教师普遍缺乏科研的主动性和自觉性。客观方面的原因在于，繁重的教学任务和大量的事务性工作使得他们很难抽出时间静下心来关注学科发展前沿并从事科研，科研精力不够。在教学方面，本专业存在的问题主要表现在教师教学的积极性不够高，与学生沟通交流不够充分，还没有形成成熟的教学团队，还没有知名度较高的教学名师。这种状况的出现也是有主客观两方面的原因。主观上，教师对教学工作重视不够，教师敬业、爱岗、乐教的思想觉悟有所降低；客观上，面对商品经济大潮的冲击，大学教师的收入相对较低，影响教师的教学积极性。

2.专业实践教学环节有待于进一步加强

校企合作缺乏深度。依据本专业人才培养“宽口径、国际化、实用性、行业化”的定位，专业实践教学环节已经给予了高度重视，但由于主客观原因，这方面做得还不够，仍需进一步加强。主观上，本专业教师大多毕业于国内名牌重点高校，知识结构和思想观念依然偏好理论教学，致使教学中自然而然偏重理论教学，而淡化实践操作教学。客观上，一方面课时总量有限制，扣除各类公共课、专业基础课、专业课、留给实践教学环节的课时非常有限；另一方面，实践教学的场地、教学软件、实习基地等条件有限，尤其是校企合作，目前大都流于形式，仅限于实地考察、听报告，还没有真正将合作融入专业实践教学。

3.在培养学生独立思考和解决实际问题能力方面仍缺乏经验

“高分低能”是当前中国大学教育普遍存在的问题，其核心症结就在于培养的学生缺乏独立思考和解决实际问题的能力，主要是由于大学的教学还是填鸭式的教学模式，学生比较被动地在接受教育，缺乏积极主动性，教和学是相分离的，同时教学内容比较陈旧、不能与时俱进，在进行理论教学时不能很好地理论联系实际。本专业在人才培养方面同样存在这些共性问题，如何发挥教师教的指引作用和学生学的主体作用，在教与学的良性互动中培养学生独立思考和解决实际问题的能力，仍是国际经济与贸易专业今后亟需解决的问题。

4.专业建设经费的投入不是很充足，分配不均衡，使用不尽合理

目前普遍的看法依然是，社会科学类专业建设和发展不需要太多的经费投入就可以建好，尤其是在以理工科为主的高校，社会科学类专业会更加遭受建设经费投入的“歧视”。本专业作为上海电力学院中为数不多几个文科类专业，在专业建设经费投入上还不是很充足，教师的办公备课条件还不是很好。同时，有限的专业建设经费在使用上还不尽合理，体现在重硬件设施投入轻软件投入，一方面，因为这是可以用定量化指标进行评价和考核的。另一方面，实验室引进的部分教学软件，与现实管理存在差距且需要进行二次开发研究。

三、解决特色国际贸易人才培养模式现存问题对策措施

针对以上不足及存在的问题，学院领导、专业负责人以及全体专业教师正积极寻求有效的对策和改进措施，主要包括以下几个方面。首先，内部挖潜和校外引进相结合，千方百计提升本专业教师的教学和科研水平。其次，采取措施，强化实践环节教学，并尽可能突出电力、能源贸易特色。一方面，借助学校的“双师计划”和“引智工程”，采取“走出去”和“请进来”双管齐下的方式，虚心学习，深入企业，梳理并解决企业的核心问题，与电力行业（能源行业）有关企业建立更加密切的联系，争取与企业的深度合作，提高学校科研品牌效应，进一步丰富学校的校外实习基地。另一方面，在课程设计上，充分利用现有的实验条件，进一步增加实践环节教学的课时量。我们正通过积极申请横向课题或与电力企业共同申请纵向课题的方式，争取与电力行业有关的外贸企业建立更加密切的联系，进一步落实和优化电力国际化的实习基地，使校企合作有实质性进展。再次，继续探索新的教学模式，培养学生独立思考和解决实际问题的能力。解放思想，大胆尝试，努力探索新的、有效的教学模式。借助专业课程建设、教学改革项目和教学改革论文，继续尝试新的教学理念、方法，改变教和学的固有模式，通过启发式教学，培养学生独立思考和解决实际问题的能力。最后，开源节流，尽力争取更多的专业建设经费，并合理配置和使用，提高经费的使用效率。教学建设经费是专业建设和发展的物质基础，我们将通过内部挖潜，提升专业实力，开源节流，尽最大努力争取更多的专业建设经费，同时，围绕提升人才培养质量这一核心目标，合理配置和使用经费，提高经费使用效率。

力学论文 篇六

牛顿力学基础改革提纲

马英卓

提要：

牛顿力学由于爱因斯坦注意了“落体失重”现象而建立的理论，有动摇牛顿力学基础的意义。当我又注意了“受力物体质量内部的压强梯度”现象时，抽象建立出关于物体内部新的空间概念及其物理量后，就补充了爱因斯坦的理论里只建立了“广义惯性运动”的方程，而缺“广义惯性力”的方程的缺憾，由此，总结出了新的原理（定律）系统，牛顿力学基础改革应该是阶段性的完成了。至于用此新基本定律怎么协调牛顿力学的机械能部分，还没有深入探讨。

【关键词】牛顿力学；引力；等效原理；参考系。

一、前言

我在7年前，在互联网上发表了若干关于牛顿力学基础变革的文章，到现在我写此文章的时候，有许多关于物理论文的网站都在陆续转载我的文章，而且有的人还问我：什么时候写出系统的书来。由于我一直独立地搞比较复杂的技术装备研发工作（不搞我就没有饭吃），就没有时间与精力写比较详细的系统的此内容的书来。又由于在有生之年，我也可能来不及写出比较系统的书来。所以，我就先写一个提纲性质的文章，以对我以前其内容比较分散的多篇文章，提供补充与导读。也许我来不及写出系统的专著就离开这个世界，那么，我想，后人就可以根据我的此文章及其它文章，会写出比较系统内容的书来的。

可以说，牛顿力学如果不涉及“引力”方面的内容，应该是个相当的完整与自洽的原理性的理论体系。问题是，引力问题实在是与牛顿力学不可分割的方面（都是同样的物体概念、同样的质量概念），不能把引力某个方面的问题与牛顿力学分割开来。但是，引力问题的牛顿表述，实在是存在许多的不自洽的方面。问题出在哪些方面？其根源在哪里？这是应该清醒地认识到的。爱因斯坦对一个“落体失重”现象与经验事实的注意，引发了牛顿力学基础变革的导火索，然而，遗憾的是爱因斯坦没有完成其基础的最后的变革。为什么爱因斯坦没有完成如此的变革？问题出在哪里？这也是要深入的考察的。我对此方面的问题，进行了长期的探索与考察，我自己认为基本上解决了此方面的许多的问题。下面，我就用提纲性质来阐述此方面的内容。看此提纲的内容应该随时参考我在网上的有关的多篇文章（见后面的参考文献），因为那里可以得到其中提纲里说的有的具体内容。

二、牛顿力学的哲学原则前提

(一)属性问题

1、牛顿力学实质就是关于物体“惯性”方面的经典物理学科（区别于实际物体的其他属性的经典物理学科，比如电性质与磁性质等），是属于适用于宏观世界的物理学科（意味整体天体与微观的客体不同性质）

2、a)属性没有大小问题；b)属性是物体由于某个独特特征而本身具有的，属性是在对它物的关系中体现出来，不同的关系有不同的体现，但是，必须穷举其不同的体现，才可以完全的体现其属性内涵。关系不是属性，关系不决定于属性。像马赫说的什么一个物体的惯性是由宇宙中无数天体关系的总和而决定的说法本身，就是违背了此属性原则。；c）属性没有起源问题（其属性的载体有来源与起源问题）。

3、物体的惯性是由于物体本身有质量的特征而仅是本身具有的属性，它对他物的关系的体现有两个：运动状态（位置关系）；惯性力（作用关系）。缺一不可。以往都仅是把惯性用运动状态来说明，而忽视了“惯性力”方面的体现。这是我们对牛顿力学思维要改变及遵循的基本前提之一。物体的惯性与其表现仅与其所处的空间背景的相应的位置有直接的关系。如果说宇宙中其他因素影响，最多也是间接地影响了物体空间背景的物理性质，而间接地影响了物体惯性的“表现”而已。

（二）参考系问题。

1、原则性问题：

a)在牛顿力学方面，我们必须有个抽象的理论思维角度与实际的具体的运用的区分问题，否则，我们的理论思维是混乱的。

b)在抽象的理论思维方面，作为抽象的原理角度，是在一定的条件下，物体的属性有某些对它物关系的体现结果，来说明其属性含义。就是原理的表述结构。

c)在具体的运用理论原理时，往往是寻找其具体的情况是否适合与近似适合原理条件的问题。不能把具体的问题作为抽象的理论角度来对待。

2、参考系是原理的涉及运动方面的描述工具：

a)在理论抽象角度，参考系实际上就是坐标系。

b)具体操作方面，参考系也是涉及物体系统作为参照物来确定其坐标系原点的含义。

c)但是，目前参考系方面的概念，有许多的错误认识。其最大的错误就是把参考系（坐标系）的空间当做了有物理性质的空间，而且可以随着参考系的不同的运动状态或不同形式的坐标系（比如直角坐标系对应牛顿力学空间，曲线坐标对应引力场等），有不同的空间物理性质。这实在是引起物理理论思维混乱的根源之一。

d)所以，必须解决此混乱的问题。在“理论”上，必须重新约定其合理的参考系问题。下面就约定其中的原则。

3、原理抽象角度上的约定：

（1）可以假定在一个有“物理性质的空间背景”（这应该是理论的新基本概念）条件下，再在其中约定一个参考系（坐标系），其参考系作为基准参考系（也是理论的新基本概念）。

（2）单纯的参考系（坐标系）及其内的空间，没有物理性质，仅是几何性质。

（3）只有基准参考系可以代表其物理性质的空间背景。其他的参考系都仅是几何描述工具性质。力学里的原理性质的物理定律，只在其基准参考系中运用是有效的。比如，教材里说的“虚构惯性力”的问题，就是把仅适用于基准参考系下的牛顿第二定律才适用的问题，错误地用于加速系（确定此加速系本身，就是意味在基准参考系的前提下确定的，而此加速系没有物理性质），而出现了“虚构惯性力”的问题。这就是违背了此条的“约定”。

（4）其他参考系里描述的定律，必须变换回基准参考系后，才是原理性质的定律的正确解释（反之可以是推论性质的定律）。比如科里奥利力问题，完全可以用“在牛顿背景空间里“静止”基准坐标系来描述旋转坐标系（没有物理性质），然后，把其物体随着旋转坐标系的相应的运动表述，转化为基准坐标系的表述（坐标系的变换问题），其中的物体的运动状态，就是受力与否的状态，此受力（外力）状态，就有了准确与明确的物理意义。反之，科氏力的公式本身，就可以是原理性质定律的推论性质的公式。

（5）各种形式的坐标系（比如以形式角度的直角坐标系与各种曲线坐标系等）不能对应各种物理性质的空间背景，因为单纯的坐标系没有物理性质。当然，对于某种物理性质的空间背景的基准参考系的确立，也可以选择适合描述的参考系形式，但是，绝不能就以为此参考系本身有物理性质。

（6）参考系问题，就是其原理条件以及操作性的问题，（原理性质的数学公式应该不涉及坐标系的表达形式）所以，涉及实际的具体的运用参考系时，必须是先考察哪些具体的空间状态近似其抽象原理的空间背景条件，来近似的运用。

（7）目前的力学理论里的“惯性参考系”与“非惯性参考系”的概念必须取消。因为它违背了上述的约定的原则。这是目前引起物理理论思维混乱的最重要的根源之一。

（8）对于从一百年来的“是否有绝对参考系及优越参考系”的争论，实在是应该结束了。这是具体情况具体对待的操作性的问题，不是抽象理论的原理问题。至于有没有绝对参考系，也许人为的用某实验装置可以确定其宇宙中的绝对静止点。但是，在一般的情况下，还是没有必要的。

三、牛顿力学核心的认识缺陷（除了引力方面）

1.实际上，现在的牛顿力学有个前提条件，就是在一个隐含的有物理性质的“空间背景”下适用的理论。然而，都忽略了。（所谓的绝对空间的空间背景，有各向同性物理性质。只有在引力场作为空间背景与其对比，才有此明确的认识。）

2．牛顿力学，现在的教材都把真正的“惯性力”给取消了，严重地影响了对其全面的准确的实质性的认识。惯性力是由于物体本是惯性的原因，对它物（外力）的直接作用。或者说，是对外力的反作用力。（这是目前教材里最关键的没有认识到的问题，这是引起学生认为力学难学的关键根源之一。没有“惯性力”的真实认识的牛顿力学，无论如何都是最大的缺憾。因为你已经讲了“惯性”，怎么没有“惯性力”？惯性不仅仅体现在惯性运动上，也必须有惯性力（非惯性运动）的因素，才可以真正的全面的认识与理解“惯性”。（牛顿力学就是关于惯性的力学）

3．牛顿力学三定律是其理论的原理性质的核心定律。

a)其中的第一定律是对惯性的语言描述的性质（包含有外力方面的内容，但是以往都忽略了此方面，这是一个“硬币”的两面，缺一不可。惯性有被动与主动的对立统一性。这方面的问题，在以前我的文章里已经说过了）；

b)而第二定律是对第一定律的数学表述性质（最重要的，目前还没有认为第二定律就是：“合外力（不为零）是用物体的惯性力—ma来量度的”实质认识。）（也包含了没有外力情况的惯性运动状态内容——加速度a=0.）；

c)第三定律，应该是“体系”定律，不专门是属于“惯性”方面，是与其他力学建立联系的定律（外力，可以包含各种性质的力）。

4.牛顿力学里还有惯性离心力与科里奥利力的表现形式，都是属于惯性力。都可以归结于原理性质的惯性力。但是，目前教材里取消惯性离心力是错误的，而科氏力也没有详细的说明是惯性力由于物体的运动状态的参考系特征的不同，而表现出来的不同形式。其中最主要的认识误区就是没有把“惯性力”作为物体本身惯性属性的原因的对外力的反作用力来看的。

四、爱因斯坦突破的局限性

（一）爱因斯坦的突破

作为爱因斯坦一生总是值得激动与高兴的事，就是“发现”了自由落体的“失重”给牛顿力学基础提出的“难题”。此方面我就不多说了，可以看我的相关的文章。其中最大的意义，就是取消了“引力”认识。（引力的本质就是牛顿在没有引力场概念的情况下对重力现象的错误理解，这是历史的局限性造成的。虽然他反对超距的引力存在）。如此的“自由落体失重”现象让爱因斯坦得出了一个结论，这是我几乎在我的每篇文章里都要提到的，爱因斯坦在《狭义与广义相对论的浅说》著作里加重点号的话：“物体的同一性质按照不同的处境或表现为‘惯性’，或表现为‘重性’。”（把重性与惯性联系起来，而把外力性质的“引力”取消了，具有颠覆与改变牛顿力学基础的意义）这正是爱因斯坦所要表达的核心新认识，可惜，到最后也没有完成他想建立新的牛顿力学基础的原理性质的理论。爱因斯坦晚年的哀叹：没有建立一个有用的概念。这说明什么，就是说一个新的原理总是伴随着一个新的基本概念产生的，这才标志着更深入的认识性质。广义相对论是没有找到把此“话”提升为真正的理论原理的表达方式的情况下的畸形理论系统，我就不在此方面赘述了。在我以前的多篇文章里已经大量的说明了。问题的关键就是，当你由此建立了一个新的合理的原理后，还有必要去趟过去由于不明确的认识形成的理论浑水吗！

（二）爱因斯坦的“落体失重”引起的突破的片面性。

1．作为爱因斯坦的那句话，对牛顿力学基础的变革：就是牛顿力学只有一个背景空间，而惯性主要是其空间里的内容。而物体的本身“重性”的体现，当做了外力性质的虚构的“引力”原因。但是，其“不同处境”，就是给了牛顿力学与其原来的背景空间“平权”的另一个具有物理性质的背景空间，就是“引力场”。而把牛顿力学里的物体的原来看来不同的属性（牛顿惯性与重性）归于了一个属性，就是“广义惯性”。所以，用下面来对比一下所做的基础上的变革：

a）牛顿力学是一个空间背景，同一个物体，两个性质（惯性质量与引力质量）；

b）而爱因斯坦的改变：就是两个空间背景（牛顿力学均匀空间与重力场空间），同一个物体，一个性质（广义惯性）。

2.仅仅如此的新突破，还是欠缺一个环节，就是可以描述在此不同的背景空间里的“广义惯性运动的不同状态”，但是，缺乏的是，又怎么必须要涉及到“广义惯性力”的不同状态呢？爱因斯坦的广义相对论仅是描述了“广义惯性运动状态”的理论（虽然是在所谓的“光”测地线角度来表达的，而且用复杂的数学工具来建立的方程）。这就是爱因斯坦没有解决的方面。缺一个方程，其方程就是描述“广义惯性力”的。但是，怎么区分“广义惯性运动”与“广义惯性力”在不同的背景空间里的问题，没有解决。而“仅用局域惯性系”（可以化为物体内部空间的小p为零的状态，见后面的说明。）还仅是涉及“广义惯性运动”的方面。对于如此的缺憾，我就在物体内部的空间状态上有了进一步的突破，从而补充了其缺憾。没有此补充，就无法更深入的认识其实质问题。看下面。

五、物体内部空间的基本概念的产生而带来的新突破

1.关于物体内部在受力的情况下的内部空间问题，在此就不多赘述了，见我的名为《受力的物体内部到底发生了什么情况》。我在此节，仅是进一步说明其含义。

2.由于在以前我的文章里，涉及到物体内部空间的符号，是用希腊字母“内ρ”或用“P内”及小p来表示。但是，在没有“受力”的文章发出前，此方面的物理含义是没有详细说清楚的。所以，必须要看此“受力”文章，才可以有进一步的理解。

3.此“内部空间”的界定，必须是指物体有质量部分所占据“空间”。就是因为没有如此的界定，爱因斯坦才在此问题上困惑了一生（见他有关著作的补充附录里显示的如此方面的问题），这是影响他重新建立完整的牛顿力学基础原理理论的一个最主要的障碍。

4.必须有个新的物理量的建立与补充，牛顿力学基础的变革才可以基本完成。这个物理量，就是独立的重力场强度。（引力场强度，原来只用牛顿引力公式的物理量，但仅是经验公式的性质，不是原理性质的物理量）在我以前的文章里通常用大P（或外P）表示，（名称可以成为“坦”）

5.这个“坦”的物理量，也是物体内部空间的物理量（量纲相同）。可以说，实际的重力场强度是不均匀分布的（引力势二阶导不为零），但是，一般的来说，物体内部空间的“坦”可以是均匀分布的。（容易建立相关的许多的数学描述内容）

6.这个物体内部的空间物理量之所以说是独立的，是因为可以直接的建立起抽象的“p内”与具体物体（各种物态）内部状态（压强梯度）的“经验”层次的对应关系。如此的压强梯度可以造成具体的物体内部的许多相应的物理变化，比如，一个惯性运动的玻璃瓶撞上刚性障碍物，就破碎了，就是可以用此内部p的大小来作为原因来解释（内部压强梯度迅速变化）。当然，也可以想象如果有这么个引力场强度也是如此的数值，那么，就是不“碰撞”而静止在其引力场内，也会破碎的。也就是说，内p相当于引力场内“静止”的小范围的某数值，也是物体内部的“引力场”。（引力场的空间可以不涉及质量的空间，而物体内部的“引力场”的范围必须是物体的质量所占据的空间，这是必须要强调的“界定”问题。）此段的说明，就是说，已经有了新的概念与物理量，有了新的物理解释的依据内容。以前的力学就是没有建立如此的物理关系。以后的力学，就有了一个新的认识角度，就是把受力的物体内部的物理变化可以有一个新的原因来解释了。这就是新的知识。虽然以前的人们都知道有此现象，但是，没有建立起受力与物体内部物理性质的内在联系的原理性质的认识，或仅是经验的认识，而不是抽象理论层次的“本质”的认识。这就是在牛顿力学在基础上变革的最重要的补充方面。这有指导实践的意义。

7.如此的建立个新的物理量及概念，可以看出，相对于以前的关于弱等效原理的表述来说，这已经是属性性质的认识了，以前的认识还是经验的认识层次。比如，说人在没有引力场空间（牛顿背景空间）里的加速上升的升降机里的“有重”的感觉，等效于站在地面上的有重的感觉。感觉毕竟是没有看到问题的本质。实质上是，此有重的感觉是由于人的身体内部会有“压强梯度”情况出现，才是感觉出有重的原因。这就是其真正的实质的原因。至于强等效原理，则是应该慎重认识的，因为没有经验事实基础（不能成为原理理论性质的理论原理，也许而仅可以于构造理论的性质贴点边）。而爱因斯坦的光在“横向”射入没有引力场空间背景情况下的加速上升的升降机里的弯曲路线的“思维实验”，实质仅是运动学里的“速度的合成问题”，没有物理意义。所以如此角度的等效的对应引力场，认为引力场内光线弯曲的原因是如此，是没有道理的。所以强等效原理应该是没有经验事实基础的。

五、新的原理性质的核心基本定律

当我把此物体的内部（有质量占据的空间）问题“抽象出来”，增加一个新的物理量后（与引力场强度物理量纲相同），就是说，在新的物体内部空间基本概念及物理量建立后。就有了建立新的牛顿力学原理性质的定律的条件了。于是，就在牛顿惯性与爱因斯坦前面的话基础上，建立了两个“统一”的原理公式（广义惯性力定律与广义惯性运动定律）。而且也做了习题解法的介绍。于是，爱因斯坦真正的改变牛顿力学基础（出发点）的目标与意义，应该说，就在我总结的原理公式那里得到了实现。详细的内容请看我后面列举的文章。此两个公式，不必要用复杂的数学工具，而仅用初等数学工具（矢量）就可以了，如此新的“定律”就可以直接进入中学的物理教材里。在此节，我做以下的补充说明。

1.此原理系统，仅是涉及到宏观物体（质量）与其占据的外部空间背景的物理关系。但是，由此，可以有一个新的观念，就是说，天体引力场系统应该仅是“主体与客体”的关系。主体提供引力场，而客体仅是作为“场的荷”意义。（原来的引力场内的物体的广义惯性力——重力是场强与质量的积的公式，已经是属于我的两个原理公式的“推论”性质了。）而原来认为牛顿引力公式里的两个物体（质量）之间直接存在“超距引力”的观念下来计算的思维模式，应该取消了。没有什么原来理解的二体与三体的引力问题了。这也是牛顿力学基础的很重要的变革方面之一。

2.新的原理性质的三个定律：a)广义惯性定律；b）广义惯性力定律（公式）；c）广义惯性运动定律（公式）里，就有了两个公式了。如此就可以用此公式，可以根据其中的物理量的特殊情况推论出牛顿力学里的其他公式，同时也包含了“等效原理”的本质含义。这个意义就是，原来牛顿力学的没有内在关系的物理意义的公式，统一在这两个公式里，就有了确切的物理意义。于是，目前的牛顿力学教材里的许多的“模糊不清”的物理含义，就应该消失了。标志了在牛顿力学的范畴内的对自然界的更深入的认识，牛顿力学开始进化为新的阶段了。

3.此原理系统没有涉及引力场产生的根源问题，在此仅是给定一个引力场空间；其次没有涉及引力场的结构等方面的描述（这是另外的相对独立的物理学范畴），以及物体在引力场内的运动轨迹状态的等问题，这可以依据此原理系统进行复杂数学工具的延伸描述。而引力场本身问题，是个独立的需要继续研究的科学领域。至于，由引力场角度，用于宇宙学方面，我不多发表看法，因为，抽象的理论性质的宇宙与实际的我们在哈勃望远镜里看到的宇宙，不是一回事。（实际的宇宙本身的物理认识，我们才刚刚开始感性认识性质，而且我们需要知道的还大多不知道）

4.问题严重的是，现在把引力场的产生原因仅是归结于大质量，实在还是牛顿的认识，重力场应该是整体天体在演化过程中产生出来的，不是质量自然具有的，这方面我在以前的文章里做了说明——也是很重要的有待继续证明与证实的结论。

5.对于我总结的广义惯性三定律里的第一定律的语言表述，可能许多人都不可“理解”。是因为其中用的小p或内ρ为零来说明其广义惯性运动状态。实在是抽象。但是，如果你用“失重”角度来理解，就非常的容易了。但是，作为一个原理，是不能用“感性”非科学语言来表述的。必须是客观的抽象的角度来表述。它的语言表述仅是对属性的含义的表述。如果要理解其含义，也很简单，用感性的角度，就是说，凡是“失重”时候的物体（包括我们身体自身）的运动状态，都是广义惯性运动状态。反之，亦然。

6.我还是要着重的申明，我们必须放弃已经形成的某些牛顿力学观念与思维定势。比如，说什么也不理解，物体在重力场中的下落趋势，是由于物体的广义惯性，是物体“本能”地要下落，而总觉得有个无形的外力造成的。这就是需要超越我们的感性认识，达到抽象的理性的认识。必须知道，在自然界里，还有由于某属性物体，在某情况下，是可以“主动”改变自己的运动状态及主动作用其他物体的。在牛顿力学里的势能概念，也可以说就是说该物体由于有“能”，可以主动改变自身的运动状态，从而也就是解释了重力状态与自由落体运动状态的原因，而不是引力。静止在引力场内的物体（重力状态），可以看做获得了引力场的“能”，而不是虚构的“外力”性质的引力。

7.还有一个最重要的思维范式的变革问题，就是目前的教材里，把正在公转的物体（非平动）的惯性离心力，当做了有一种物体的外力（无形的，没有作用来源的力，说不清，反而取消了离心力）在作用，实际上是物体本身惯性原因，反作用于“阻止”其离心的外力（向心力的具体方面），另外，有的人把此情况当做了外力性质的离心力的“势”来看待也是错误的思维范式；而已经正在离心了，那就不是由于惯性离心力的问题了，而是惯性运动状态了。以此为例，可以引申至其他同类方面的认识转变，包括原来的引力思维模式。

六、我的主要文章目录：

【1】马英卓，惯性力学与整体科学体系，《科学》（科学美国人中文版，2000年第七期）。

【2】马英卓，等效原理的对与错，《当代物理世界—物理论文集》网站。

【3】马英卓，万有引力失灵了吗？《当代物理世界—物理论文集》网站。

【4】马英卓，用惯性力学三定律解力学习题，《当代物理世界—物理论文集》网站。

【5】马英卓，研究物理的终极目的是属性，《当代物理世界—物理论文集》网站。

【6】马英卓，受力的问题内部到底发生了什么情况，《当代物理世界—物理论文集》网站。

【7】引力神话的根源—解释惯性力学三定律。《当代物理世界—物理论文集》网站。

注：用上面每篇文章的名称作为关键词，可以在任何的网络搜索引擎里搜索到。可以看到其中的内容。以上文章也可以用我的名字：《马英卓》，作为关键词，在网上可以搜索到。

七、最后的总结

1、牛顿力学变革后，也仅是关于物体的惯性（包括牛顿惯性与重性）的物理学科。或叫做惯性力学也可以。其中必须是有质量这个基本概念为标志。仅适用于宏观范畴。

2、牛顿力学里有个隐含的有物理性质的空间背景问题，而变革后，就有个两个背景空间前提：牛顿的各向同性空间背景与引力场空间背景。

3、在背景空间里，有个代表其空间背景的物理性质的参考系（坐标系），约定为基准参考系。所有惯性力学里的原理性质的公式，都必须在此基准参考系里有效，而其他非基准参考系里的公式变换回到基准参考系后才可以有确切的原理解释性质。

4、广义惯性力（包括牛顿惯性与重性——已经没有了虚构的引力与惯性力之说）是由于物体本身惯性的原因，对外力的直接反作用力。

5、牛顿的惯性运动状态概念已经变为只要是物体是“失重”（此失重的抽象说法是内部空间问题）的运动状态都是惯性运动状态。至于到底是什么运动状态，取决于物体所处的空间背景的特征。可以用新的定律来进行计算出其运动状态。

6、物体内部的有物理性质的空间，等同于引力场的很小的局部空间。可以直接的对应物体的具体形态的内部空间里“压强梯度”，可以作为此压强梯度产生的原因的说法，也可以间接地解释由于此压强梯度的具体物体内部的相应的物理变化现象。

7、此惯性力学（对牛顿力学的基础变革后的力学），仅是关于物体（质量）与其背景空间关系的问题，而对于背景空间本身的问题，不涉及，尤其是引力场背景空间本身的问题，不涉及。这个“本身”的问题，这是需要物理学继续研究的相对独立的范畴（比如熵空间与负熵空间的问题也涉及此“本身”问题）。

8、由于原来的牛顿力学里的许多公式，尤其是涉及重力及引力的公式，都比较分散，现在都统一的可以由新总结的广义惯性的三定律演绎出来，成为有特殊情况下的推论性质的定律或公式了。其意义就是变成了有内在物理关系的公式系统，标志了对该领域的物理意义的更深入的认识，也标志了理论的统一的自洽性。标志了牛顿力学进化为新的阶段。牛顿力学在基础上的此变革，将告一段落了。相应的就是需要教材的改革了。

力学论文 篇七

我们可以想象出一个没有任何力存在的世界。如果没有了重力，苹果还会落地吗？如果没有了摩擦力，汽车还会停止吗？如果没有了力的相互作用，地喷式火箭还会升空吗？没有力的世界，我们可想而知。让我们本着一颗执著热爱科学的心，一双善于发现的眼睛，携手探索力学与固定的关系。

[摘要]力的条件与固定的关系；力的大小与固定的关系；力的存在与固定的关系；拉力对固定的影响。

[正文]在一个非常偶然的机会里，我发现了一个现象：一个竹竿在四个放向都受到力的作用下，竟能保持固定状态。于是，我对此产生了一系列的思考，“为什么那个竹竿不会倾倒呢？”“究竟是什么保持了竹竿的固定状态呢？”“如果只有三个方向受到了力的作用，竹竿还能保持固定状态吗？”

对于这些问题，我们可以这样去理解：一步一步去分析竹竿各部分所受到的几个重要的力，然后去各个击破。（1）竹竿的底部受到的哪个比较重要的力的作用？在这个现象中，研究的是力和固定的关系，所以，我们应该排除竹竿嵌在土壤中的这种可能性（在实际现象中也没有）。如果说有这种可能性，那么我们的探索思路就可以到此结束了。但是我们今天的“四方受力与固定的关系”可没有那么简单。排除以上“竹竿嵌于土”这种可能性后，我们可以对竹竿的末端进行力学受力分析。我们可以从受力分析中得出一个重要的力———摩擦力。我们可以想象一下，如果人的脚底和地面之间缺少一个阻碍相对运动的力，那么就会产生一个怎么样的后果呢？是不是我们连走路也走不好啊？一旦走起路来，就会因为没有摩擦力而滑倒。那么这样一来，一样的道理，如果竹竿末端缺少了这个摩擦力，那么竹竿的底部就会滑倒，那么这样一来，竹竿的底部就无法固定了。由此可得，摩擦力的产生有助于与另一个物体接触发生摩擦那个面的那端的固定。（2）在该现象中，竹竿会间接地受到来自四个不同方向的拉力，这四个方向的拉力并不是直接作用在竹竿上的。而是通过四方固定点将拉力作用在四条绳子上。然后，再通过这四条绳子将拉力作用在竹竿的同一个固定点上。那么为什么要作用在同一个固定点上呢？那就让我来向大家解释一下这样做的原因：假设有两根绳子和一个样，受力情况与上述基本相同，除了那个固定点，分别为首端和末端的两个固定点，两绳分别拴在这两个固定点上，力的来源方向相反，所以竹竿固定点上的受力方向也是相反的。在这种情况下，在力源的固定点上施加拉力。由于力源的方向是相反的，当施加拉力时，两端固定点受到来自不同方向的力的作用，就会产生与力相对应的运动，竹竿就会发生偏转并且倾斜，最终竹竿与绳子成一条直线。因为将四个不同方向的绳子栓在同一个固定点上，也是至关重要的。在一定限度内，在四个方向的力源上施加拉力，使拉力最终作用在这个固定点上。由于对固定的来自力源的间接拉力是固定在某个位置上的，所以她不会受到力的大小等力的内部因素的制约。所以说来自各个方向的拉力的大小是相等的，当然也排除风种外界的因素的影响。那么假设，东边力源的间接拉力作用在固定点上，且西边没有力的作用，竹竿就会向东面偏转，倾斜，由于南北两面也受到了来自方向力源的间接拉力，所以他的倾斜的角度就要小一点，如果只有受到了一根绳子的拉力，那么竹竿就会直接倒下地去。然而西面也有一个间接拉力作用在那个固定点上，而且它们的力的大小是相等的，那么在东西方向，来自两个方向的力相互抵消，会使竹竿处在东西方向的静止状态。东面和西面，南面和北面，方向对应的间接拉力相互抵消，则使这根竹竿处于静止的固定状态。由此分析，我们可以得到这样一个推断：在没有任何外界阻碍因素影响下，物体是否处于静止和固定状态，有两个重要的因素在影响，（1）其底部（末端）所受到的摩擦力。（2）其顶部（首端）受到来自四个方向不同，但是又两两对应的方向所作用的间接拉力。所以说拉力对固定的影响是很大的，但是这必须是建立在拉力两两对应的基础上的。同时上述推理也表明了不同方向的拉力对物体固定的影响，如果力作用在同一个方向，就不能实现物体在力的作用状态下保持固定。

根据以上的推理，我们可以得出结论，我们已经对这个结果做出了最初步的肯定。接下来我们就要进行下一项，更为深入的研究。根据以上结论可知：两个来自对应方向（东西，南北）的力，在二力平衡的条件下，两向平衡，就能使物体固定下来。接下来我们就来做一个反例推理，来验证这个结论。最终的目的就是为了研究力的大小对固定状态的影响。如果依照我们生活经验来看，受到力的大小不相等的时候，怎么还可能保持固定状态呢？这的确是真的。但是你又是怎么知道的呢？那你有什么证据吗？所以我们每下一个结论，都先要想想，是不是建立在事实的基础上。我们必须一步步去假设和推理，再需事实的支持。我们在而力平衡的基础上，做出更深入的判断。不在使力与固定的关系的推理论证变得单一。假设在而力平衡的状态下，力源作用在固定点上的间接拉力，当然四个方向的拉力的大小是相等的，如果说，这间接拉力为200牛，当他们都是200牛的时候，物体（竹竿）保持了固定状态。那么我们去改变其中一个力的大小，那么竹竿将怎么变化呢？假设，西面的那个力源的方向固定点变化，用人力去拉，刚好人对绳子施加的拉力是10牛。那么我们就可以做出一定的判断了，10牛小于200牛，这就说明西面作用的间接拉力仍然保持在200牛，我们先试着改变一个量。这样一来，同样在没有任何外力的影响下进行，那么物体（竹竿）就会向东面倾倒。如果说，按照上一项推理，依据平衡原理，二力抵消的话，那就相当于，西面的拉力为0牛，东面的拉力经过抵消之后就变成了（200牛-10牛=190牛）了，然而两边还有200牛的拉力的支撑，所以竹竿不会完全倒在水平面上。一般人可能认为，东西两面的间接拉力抵消之后，就变成了190牛的间接拉力，但是他们没有意识到，抵消之后，西面还有一个0牛的无作用的间接拉力，然后，他们就会错误地认为，南北两边各有一个200牛的间接拉力，东西面加在一起有190牛的拉力，抵消之后的间接拉力就为（200-190=10牛），他们之间不过相差只有10牛罢了，于是就做出了错误的判断，认为这也将保持固定状态。其实他们漏想了一步，200牛的间接拉力是南北两面各自的间接拉力。但是190牛，单单只是东西两面抵消后东面的间接拉力，而西面的间接拉力已经抵消成0牛了，所以说，无论如何东西两面都不能保持物体的固定状态。如果说，要用抵消间接拉力的方式来保持物体的固定状态，那么那个对应方向的间接拉力就必须相等，或者说非常地接近。就拿那个200牛的对应力来说吧，两个对应方向的间接拉力皆为200牛，抵消之后，间接力就变成了0牛，就好象在固定状态下，已经没有了力作用在竹竿上了。反正一点，抵消之后，两值差越近，他的倾斜角度就会越小。从以上关于力的大小与固定关系的推理中，我们得出新目标结论：两对应方向，间接拉力值抵消，值差越小，越能保持固定状态。

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