關鍵詞:共核慣量守恆定律;自由落體運動;公轉運動;萬有引力定律;
引言:
據說,牛頓發現萬有引力定律,是因為樹上蘋果掉落在頭上而受到啟示。
在這裡,將引入一個新的定律--共核慣量守恆定律,論述在任意一個共核系中,所有質量物體都具有共核慣量,天體公轉和自由落體運動都遵守共核慣量守恆定律,而且:
天體公轉和自由落體運動是共核慣量守恆作用下的慣性運動,是物體不受任何力作用下的慣性態,與地球引力無關。
1 什麼是共核慣量守恆定律和共核常量?
繞同一核心旋轉的所有天體及其質量物體,就叫做共核系。以共核地月係為例說明:
地球和月球,包括人造地球衛星構成了地月系,其核心是整體地月系的質心,可以近似看成地心,月球和所有慣性公轉的人造地球衛星都繞地月系核心公轉,從而構成共核地月系。
那麼地球就是地月系的核心天體,月球和人造衛星是繞核公轉的天體,月球或衛星質心到地月系核心的距離就叫做核心距離。
那麼共核慣量守恆定律的內容就是:
在不受外作用下的共核系內所有公轉天體,其質量、核心距離與其對應軌跡點公轉速度平方的乘積始終保持守恆,這就是共核慣量守恆定律。
那麼共核地月系內天體及其質量物體的共核慣量的計算公式就是:
其中,核心距離R與對應軌跡點公轉速度V平方的乘積始終等於常量q,這個常量就叫做共核常量。即:
2 地月系天體的共核常量和共核慣量的計算
下面列表計算地月系內所有公轉天體的共核常量和共核慣量值:
由表值可以看到:在地月系內從月球的遠\近點,到同步衛星,再到國際空間站,以及任意位置點衛星公轉軌道,其共核常量值和單位質量共核慣量恆等,有:
把(3)式的這個常量值,叫做地月系的共核常量。
那麼,單位質量共核慣量值就是地月系內質量為1kg物體的共核慣量值,即
這說明,所有衛星在地月系不同空間位置中,雖然軌道位置不同,核心距離不等,公轉速度不等,但是其共核常量和單位質量共核慣量恆等,因此共核慣量處處守恆,這是共核慣量守恆定律的核心內容。
因此,只要測定出共核地月系任意空間位置點的核心距離,就能計算出該位置點的衛星公轉速度,即:
上式中,已知核心距離,利用共核常量而計算出對應位置點的衛星公轉速度,這個速度就叫做該位置點的慣性公轉速度,這比利用萬有引力定律計算顯得簡單而精確。
反過來 ,已知任意位置點衛星慣性公轉速度,就可以計算該位置的核心距離,即:
這樣,地月系任意空間位置點的重力加速度就是慣性公轉速度平方與核心距離比,即:
根據共核常量公式,推匯出空間任意點的重力加速度等於共核常量與核心距離的平方比。
由此,只要已知核心距離,就可計算出任意位置點的重力加速度,如圖表(2-1),列出了從地球兩極到月球軌道遠\近點的重力加速度的值,在地月系空間,已知位置核心距離,就能計算出該點的重力加速度。
顯然,質量物體處於任意空間位置點,其重力加速度與核心距離平方的乘積始終等於共核常量,即:
這表明,在地月空間任意位置點的質量物體作自由落體運動時,重力加速度與核心距離的乘積等於地月系共核常量,它與天體公轉的共核常量恆等。
所以,對於地月系任意空間位置點做自由落體運動的物體,單位質量的共核慣量恆等,表示質量物體處於任何位置點作自由落體運動時的共核慣量是守恆不變的。即:
可見,處於任意位置點繞核公轉的衛星和自由落體的質量物體,其單位質量共核慣量恆等,表明公轉運動和自由落體運動始終保持共核慣量守恆。
這論證了公轉和自由落體運動是具有共核慣量的質量物體的兩種運動形式,都是不受任何外作用下的慣性運動,是不需要任何外力作用的慣性態運動方式,這是其稟性。
3 自由落體運動與蘋果落地
上面計算結果表明:在地月系任意空間位置上,其質量物體繞核公轉具有公轉共核常量,而趨向核心作自由落體運動時具有加速度共核常量,且這兩個常量在任何空間位置上都恆等,表示質量物體作慣性運動時的共核慣量始終守恆。
在自由落體運動中,共核慣量的物理意義就是:質量物體在任意位置點都具有確定的重力加速度而趨向核心運動,並且在任何軌跡點上保持共核慣量守恆。
自由落體運動是質量物體具有共核慣量而顯現慣性運動屬性,它必須具有加速度趨向核心運動才能保持共核慣量守恆。
因此,自由落體運動是質量物體具有共核慣量的稟性效應,是不受任何外力作用下的慣性運動,自然沒有受到地球引力作用。
必須明白:具有共核慣量的質量物體其本性就是運動,與生俱來就是運動而非靜止,也只有運動才能維持共核慣量守恆,因此在不受外力作用下物體相對共核系核心沒有靜止狀態,運動是質量物體的天性,或繞核旋轉,或趨向核心作自由落體運動,以此保持共核慣量守恆。
若質量物體相對核心靜止,說明其一定受到力的作用而改變了其繞核(趨核)的慣性運動狀態,而不要理解物體運動是受到力的作用,力僅僅是改變物體慣性運動狀態的原因。
現在討論蘋果從樹上掉下來的問題:
蘋果掛在樹上相對地面靜止,這是因為蘋果受到了樹的牽引作用而不能作自由落體運動,當蘋果脫落後,蘋果開始恢復自由落體運動,即蘋果不受力的作用了而恢復為自由落體的慣性運動狀態,而不是受到地球引力開始作自由落體運動。
引力學說總認為蘋果掛在樹枝上是靜止的,脫落樹枝後朝向地心運動是受到地球引力作用,而共核慣量守恆定律則明確是:蘋果具有地月系共核慣量,因此具有趨向地心作自由落體運動的屬性,作自由落體運動就是不受力的自由運動狀態,遵守共核慣量守恆定律。
當然,掛在樹上的蘋果處於靜止狀態是相對地面,而相對核心蘋果隨地球自轉,隨地球自轉也是共核慣量守恆的一種運動狀態,同樣遵守共核慣量守恆定律,總之,公轉和自轉,以及自由落體運動都是不受力作用的慣性運動。(後述)。
當蘋果作自由落體運動落在地面後,將停止自由落體運動,這是因為蘋果受到了地面的支撐作用而改變了其自由落體的慣性運動狀態,使得蘋果在地面上隨地球自轉,蘋果在地面上隨地球自轉。
因此,蘋果掛在樹上是隨地自轉運動,脫離樹枝由自轉運動變為自由落體運動,落於地面後再轉變為隨地自轉運動,蘋果的運動方式對不斷髮生變化,但蘋果的共核慣量始終守恆,期間僅僅是慣性運動狀態的變化,並不是受到地球引力作用。
總之,自由落體運動是不受任何外力作用下的慣性運動,在任何位置點的加速度常量恆等,始終遵守共核慣量守恆,是共核慣量作用下稟性運動,是共核慣量的屬性效應,其終極是共核系核心。
所以,確定了共核慣量守恆定律,所謂地球引力僅僅是一個假想力,事實上根本不存在。