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引力场负能量的能量密度

http://www.newdu.com 2024/10/05 05:10:58 问道网 佚名 参加讨论


    第234篇 引力场负能量的能量密度
    一、引力场负能量的能量密度和引力
    在“第222篇 引力场负能量第一定律”的文章中，讲到引力场的负能量密度，但未展开，这里将作进一步探讨。
    在表述伽理略实验时，使用了微分表达式：
    dU =–m G·dR          （10—2）
    （10—2）用牛顿引力定律（10—1）改写，得：
    dU =–Fy·dR          （10—3）
    按经典物理学定义，引力势能U是抵抗引力所做的功。“抵抗”包含在（10—3）式的负号之中，显示负能量的意义。（10—3）式是伽理略实验推广的数学描述，表示m相对于引力中心M（例如地球）的径向距离有微小变化时，所对应的引力势能的微小变化，经典物理学所说的引力势能就是引力场负能量。
    引力场负能量的总值表示为：
    U = -∫ρ（r）dv       （10—7）
    式中，ρ（r）= dU/dv ，表示单位体积元dv 中的负能量，我们将它定义为引力场负能量的能量密度，它是位置函数，即引力中心M的径向距离r的函数。积分是从引力中心M（例如地球）的外圆半径R到∞远处。
    若在定义中将（10—3）式考虑进去，则可得：
    ρ（r）= dU/dv =–Fy·dR /dv   （10—38）
    而Fy = m G ，再代入上式，得：
    ρ（r）= dU/dv =–m G·dR /dv  （10—39）
    （10—38）和（10—39）式表明：引力场负能量的能量密度ρ（r）与引力Fy成正比，与引力加速度G也成正比。
    这一重要而务实的结果，初看因过于简单而很不起眼，细心思量之后才发现，它已为计算能量密度打开了方便之门。我们能够通过测量该点的引力或引力加速度而对该点引力场负能量的能量密度进行计算了。以下我们将计算在地表的引力场负能量的能量密度。
    需补充的是，引力场负能量的能量密度与斥力Fc也是成正比的，就是说，也可由斥力来确定，但这里省略了。因为由引力来确定不仅方便，而且合乎逻辑。
    二、引力场负能量在地表的能量密度是多少？
    设物体A质量为1千克，位于地球表面某点P，该处的引力加速度为G = 9.8米/秒2 ，再设定单位高度差△R为1米 ，单位体积△v为1米3 ，根据（10—39）式，在地表P点的地球引力场负能量的能量密度可这样计算：
    ρ。= - m G·△R /△v
    = -1千克×9.8米/秒2×1米 /1米3
    = -9.8（牛顿·米）/ 米3 = -9.8（焦耳/ 米3）
    此值即为引力场负能量在地球表面的能量密度。式中“焦耳”是能量单位，有：
    1焦耳 = 1牛顿·米 = 1千克·米2 / 秒2
    引力场负能量的能量密度是“道”物理学提出的一个新物理量，要计量它当然需要有一个单位。为记念中国古代最伟大的工程力学家鲁班（鲁国人公输班），在此特规定引力场负能量的能量密度的基本单位为“鲁班”。若在1立方米的空间里，含有1焦耳（或1牛顿·米）的引力场负能量，此能量密度定义为1鲁班。
    1鲁班= -1牛顿·米/ 米3 = -1焦耳/ 米3
    这样一来，引力场负能量在地表空间的能量密度为：
    ρ。= 9.8鲁班
    三、原理飞碟所在空间储藏的引力场负能量是多少？
    由质量为m =10顿、半径为r =100米的旋转黄金圆环制成一原理飞碟，设其转速为ω = 4.54×104/ 秒，或为ω =105/ 秒，我们定义此飞碟为原理飞碟。
    设飞碟水平静止于地表某处P，该处的引力加速度G = 9.8米/ 秒2，试计算该飞碟所在空间的引力场负能量之总量是多少？
    计算：设该飞碟的高度h不超过1米，取h = 1米，则所占的空间的体积不超过：
    V = πr2 h = 3.14×100 2×1 = 3.14×10 4米3
    已知该处的引力场负能量的能量密度 ρ。= 9.8鲁班
    若所在空间的负能量之总量表示为U ，可按下式计算：
    U =ρ。· V              （10—40）
    将有关数据代入（10—40）式，得到所储藏的引力场负能量的总量为：
    U = 9.8鲁班×3.14×10 4米3
    =-3.08×10 5 焦耳
    四、原理飞碟起飞需要多少引力场负能量？
    若飞碟起飞转速为每秒十万周，ω =105/秒，其它数据不变，由（10—28）式可计算出其获得的斥力（即反引力）为：
    Fc = 4.75×105千克×米/秒2
    ≈4.85×104千克×9.8米/秒2
    = 4.85 ×104千克重
    = 48.5顿重
    此 Fc克服地球对飞碟的引力（10顿重）之后，余下的斥力为38.5顿重，可使飞碟以3.93G的加速度起飞，取为4G ；
    一问，若以4G起飞，该飞碟需要多少引力场负能量呢？
    答曰：若以4G 起飞，表示飞碟在1秒内，垂直速度达到V = 39.2米/秒，其动能为，
    W = m V 2 / 2 = 104×39.2 2/2
    = 7.68×106（千克·米2/秒2）
    = 768万焦耳
    需要提供的负能量总值为：-768万焦耳
    二问，在飞碟所占据的空间，储藏的引力场负能量的总量仅为30.8万焦耳，不到飞碟需要的起飞能量768万焦耳之5% ，起飞能量从哪里来呢？
    答曰：地球引力场储藏着极其丰富的负能量，好似汪洋大海的水库，可谓取之不尽，它会将负能量不断转化供给法向运动的飞碟。至于小小飞碟的小小能量需要，相对于地球引力场负能量的汪洋大海，那只不过是沧海之一滴而已。
    （转载自张天健_560的博客）
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