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              物質運動的波動性及其原因
              發布日期:2012-5-29 9:57:59 來源:廣東自考網 閱讀: 【字體:

              [摘要波是物質運動的基本屬性,任何物體的運動只要達到一定的速度,都要發生波動,物質本身不存在波動性,只有物質運動才具有波動性。本文主要分析波產生的原因和波的動能來源,為進一步研究物質運動的波動性的本質開辟一條新路,特別是對光波產生的原因的研究,認為光傳播的速度是可變的。
               
              波是物質運動的基本屬性。任何物體的運動只要達到一定的速度,都要發生波動運動。物體產生波動的根本原因在于物體穿過介質時,介質與運動物體的接觸面發生變形并主要產生兩個力向相反的對物體的垂直作用力,并對之進行持續的相互作用而使物體發生波動運動。(本文只研究縱波)

               一、波的認識
              1、湖面水波產生的原因
              1)現象

              一塊石頭拋入湖水中,以石頭落點為中心,湖面向四周傳播水波紋。

              2)產生水波的原因

              湖面產生水波的原因有三:石頭打擊水面時,打擊產生的能量沿湖水面向四周傳播;能量沿湖水面前進時,受到前方湖水的阻力;水面上的大氣壓力和水面下的湖水壓力共同持續作用于湖水面,兩者方向相反而力量相當,上下互動,把水波推向遠方。即能量沿湖水面前進時,前受湖面水阻力,上受大氣壓力,下受湖水向上推力,兩者同時垂直且持續作用于湖水面,從而了產生水波運動。


              具體來說,如圖:O點是石頭落水的地方,OY是湖水平面,OY是水波前進的方向,曲線是水波,AE是波峰,CG是波谷。在BDFH點上,即在OY線上,湖水向上推力與大氣壓力力量相等。
              當石頭落入O點時,因打擊產生能量的湖面水向外四周運動,同時受到湖水向上的對打擊力的反作用力和前方水面的阻力,使向四周運動的湖面水先向上運動,運動時,同時受到湖面上大氣壓力的垂直作用,使其放緩速度,在向A點前進的過程中,受到湖水向上的垂直推力逐漸減弱,受到大氣向下的垂直壓力逐漸增強,并且,大氣壓力逐漸大于湖水向上的推力,到達A點時,運動的水面受到湖水的垂直推力最弱,受到的大氣壓力最強,兩者力量差最大;接著,增大的大氣壓力把水面向壓低,到大B點時,大氣壓力與湖水反作用壓力相當,但由于水面運動慣性的作用,使水波低于湖面,在其向B點運行的過程中,受到湖水向上的垂直推力逐漸增強,受到大氣向下的垂直壓力逐漸減弱,湖水向上的推力逐漸大于大氣壓力,到達C點時,力量差最大;力大的湖水向上的推力將湖面水又推到E點,力量變大的大氣壓力又將湖面水推到G點,如此反復,湖水向上的垂直推力與大氣壓的垂直壓力的持續的共同作用,形成了向四周遠方傳播的水波。

              3)水波的動能

              作用于湖面水波上的大氣壓的垂直壓力與湖水向上的垂直推力之間作用力與反作用力的持續的相互作用。大氣壓的作用力,換句話說,就是水波接觸面上的氣態變形,恢復原狀而具有的彈力,湖水的反作用力,就是水面變形,恢復原狀而具有的彈力,兩個力相互作用于水面,使水波傳向遠方。

              2、波與介質的關系
              由于波在運動過程中,一直受到接觸并作用于它的媒介物質形態方向相反的兩個垂直力量的相互作用推動,使波傳得很遠。因此,波穿過的媒介物質越活躍,受到的推動力越強,波就傳播得越快。

              液態中的波比分子氣態中的波傳播的速度慢,分子氣態中的波比離子氣態中的波傳播的速度慢,以此類推。粒子越小、活動性越強的介質形態,波傳播時受到的阻力越小、受彈性推動力越大,因而,波速越快;反之,粒子越大、活動性越小的介質形態,波傳播時受到的阻力越大、彈性推動力越小,因而,波速越慢。

              二、宏觀物體運動的波動性及其原因

              宏觀物體穿過介質空間運動時,圍繞物體形成外圍空氣向中心的物體包壓的狀態,力向相反且相當的力作用于物體,使物體產生有節奏的波動運行。根據物體受力的接觸面的不同,可分為扁形(上下、左右)和圓形兩種,分別具有兩種波動形式:

              1、扁形物體運動的波動(上下或左右波動)
              1)飛機的波動運動

              飛機波動飛行的原因

              飛機自身動力系統推動它向前作直線運動,飛機前方受到空氣阻力,上面受到大氣壓力(重力)的向下垂直推力和下面大氣向上的垂直浮力,兩個基本相當的力的共同作用,使飛機在實際飛行中以動力系統推動而擬作的直線運動為軸心,環繞這個擬直線做上下波動運動。


              如圖:OY是飛機在自身動力系統推動下擬作的直線運動,曲線是飛機實際飛行的路線,AE點是波峰,CG點是波谷。BDFH點在OY軸心擬直線上,在擬直線上,大氣浮力與大氣壓力的力量相等。
              飛機快速運動,受到的大氣浮力大增,前面受空氣阻力,其在O點偏離自身動力系統推動擬作的直線運動而向上飛向A點,在此過程中,飛機受到的大氣浮力逐漸減弱,而受到的大氣壓力和向下的軸心拉力的合力逐漸增強,在A點時,飛機受到的大氣浮力最弱,而受到的大氣壓力和軸心拉力的合力最強,兩者力量差最大。在A點,大氣壓力和軸心拉力的合力將飛機往下壓低,在此過程中,飛機受到的大氣浮力逐漸增強,而受到大氣壓力和向下的軸心拉力的合力逐漸減弱,到達B點時,飛機受到的軸心拉力消失,受到的大氣浮力和大氣壓力相等。由于飛機運動慣性的作用,飛機繼續被壓低于軸心直線,直到C點,在此過程中,飛機受到的大氣壓力逐漸減弱,而受到的大氣浮力和向上的軸心拉力的合力逐漸增強,到達C點時,兩者的力量差最大。飛機在增強的大氣浮力和向上的軸心拉力的共同推動,又向D點方向前進,如此反復,使飛機圍繞軸心擬直線作上下波動飛行。(軸心拉力的產生是飛機受自身動力系統推動應該作直線運動,在實際飛行中,在外力的作用下,飛機偏離了這個直線,自身動力系統推動力使飛機應該作直線運動具有的慣性要將其拉回到這個直線上而產生的趨勢力量)

              飛機運動的動能

              飛機運動的動能無疑是它自身的動力系統的推動力,但是,作用于飛機并使之產生波動運動的大氣浮力與大氣壓力的垂直的相互作用對飛機的運動也起到輔助的推動作用。如,沒有自身發動機動力系統的滑翔機也能滑向遠處,就是使之產生波動飛行的大氣浮力與大氣壓力的共同作用而完成的。

              2)汽車波動前進的原因

              汽車急駛時產生的波動運動與飛機飛行的波動運動產生的原理是一樣的,但由于汽車下面受到基本上無彈性的地面的影響,作用于汽車的上下物質形態有很大的不同,從而使之與飛機波動的形式不同。但是汽車行駛的速度到達一定的程度,就會顯現明顯波動的特征。坐車在高速公路上飛奔的人,都能特別明顯地感覺到汽車有節奏的波動。其原理與飛機相同(述略)

              2、圓形物體運動的波動(旋轉波動前進)
              圓形物體運動的波動與扁形物體運動的波動不一樣,扁形物體的扁平面的正反面是主要的受力點,受到兩種力向相反的力的垂直的共同的作用,使扁形物體的運動以扁平面前進方向為軸心直線,圍繞這個軸心直線上下波動。

              圓形物體運動的波動要復雜得多,圓形物體在穿行空氣中時,受到周圍大氣向中間的圓形物體施加壓力,每一個力在物體對面都有一個力向相反的力與之相對應,并發生持續對立作用,圓形物體周圍作用力的整體對抗,使物體在穿行中發生旋轉前進;在所有作用力中,最主要的、影響最大的力還是物體受到的大氣壓力(重力)和大氣浮力,這兩種力的垂直的持續相互作用,使圓形物體沿著其運動的方向上下波動前進;因此,總體上,圓形物體的運動是旋轉波動前進。(子彈、無翼導彈、火箭就是這一類型)

              三、微觀物質光傳播的波動性及其原因

              1、光的衍射
              1)光的單縫衍射


              如圖3,穿過單縫的光,在其投影板上形成中間是一條大的亮條線紋,兩邊分布亮暗相間的多條小條紋的現象。

              形成原因:從單縫射出的片狀光束穿過大氣空間時,前方受到空氣的阻力,光束片的兩側又受到力向相反的空氣大氣壓力的垂直的持續的相互作用,使光束發生波動傳播;在波動傳播時,原大光束邊緣的光被空氣分割而發生分散,在原大光束兩側形成多條更小的小光束片條,每條光束片的兩側都受到力向相反的空氣大氣壓力的持續的相互作用,使每條光束都發生波動傳播,從而在光束投影板上形成條形衍射。
              2)光的圓孔衍射

              如圖4,穿過小圓孔的光,在其投影板上形成暗亮相間的圈紋的現象。

              形成原因:從小圓孔射出的小圓柱形光束穿過大氣空間時,前方受到空氣的阻力,周圍受到空氣大氣壓的壓力,這些壓力的每個力在光束對面都有與之力向相反的對應力并與之發生對立作用,整體的對立作用,使小圓柱光束發生波動前進,在此過程中,光束外周圍的光在波動傳播時被空氣分割而發生分散,形成多條更小的小光束,每條小光束內外兩側也受到力向相反的空氣大氣壓力的垂直的持續的相互作用,使之都發生波動傳播,每條小光束單獨進行直線傳播,但整體連到一起就形成了圓圈紋,在光束投影板上表現為暗亮相間的圈紋,形成圈紋衍射。

              總之,無論是單縫衍射還是圓孔衍射,光傳播的波動都是介質的力向相反的作用力對穿行于其中的光的持續相互作用而產生的。光子本身沒有波動性,是光的運動具有波動性。

              2、光傳播的動能
              光的動能主要來自光源的源源不斷的光流推力(或熱推力)。但光穿過介質空間時,使之發生波動的介質的相互作用力對之也有推動作用,介質的作用力就是,光穿過時,形狀發生了改變的介質恢復原狀具有的彈力,力向相反的彈力的垂直持續作用,以波的形式推動光向前運動。

              3、光傳播的速度是可變的
                 光的速度不是固定不變的。光通過介質傳播,不同性質的媒介物質,其粒子活躍情況、彈性力度、對光的阻力等不同,對光波的動能作用也不同,使光的波長和速度不相同。微粒小、粒子活動性強、彈性動能大、對光傳播的阻力小的介質,光在其中傳播的速度快;微粒大、粒子活動性弱、彈性動能小、對光傳播的阻力大的介質,光在其中傳播的速度慢。光傳播的速度,一般情況下,在分子氣態中傳播的速度比在液態中傳播的速度快,在離子氣態中傳播的速度比在分子氣態中傳播的速度快,以此類推。
              4、光在宇宙空間的彎曲傳播
              1)宇宙空間的物質框架結構

               一個或無數個小星球旋渦體被包裹在一個大星球旋渦體的旋進氣流體之中,沿著各自的軌道環繞它的渦心球公轉運行;一個或無數個大星球旋渦體又被包裹在一個更大的星球旋渦體的旋進氣流體之中,沿著各自的軌道環繞它的渦心球公轉運行;以此類推。一個星球旋渦體就像一個包裹星球于中心的旋轉的氣圓盤。
              2)星球外旋進氣流體的特征

              包裹星球的外旋進氣流體,即氣圓盤,是一個分別由不同氣體物質組成的多層氣體物質形態,如分子氣體形態、離子氣體形態等等,由輕的、小的氣體物質粒子構成的氣體形態層次在外面,由較重的、較大的氣體物質粒子構成的氣體形態層次在里面,從外到內氣體物質粒子層由輕到重、由小到大層層包壓,旋進包裹著星球,并推動星球轉動。

              包裹星球的外旋進氣流體的氣圓盤形狀和物質構成,使之具有凸透鏡的性質,對光有折射和衍射的作用。

              3)光在宇宙空間的彎曲傳播

              光在宇宙中彎曲傳播的原因:

              當光穿過星球旋渦體的外旋進氣流體(氣圓盤)時,受到以下因素的影響而發生彎曲傳播,第一、星球旋渦體的外旋進氣流對光流的曲線推動;第二、外旋進氣流體是由不同氣體物質組成的多層氣體形態層層包裹,呈圓周形狀,對光的傳播來說,形成了圓周狀的、不同的介質層,使光的傳播發生不同程度的折射和衍射;第三,介質層的圓周形狀和其中介質的圓周旋進流動,光波受到的介質力向相反的垂直作用力呈現彎曲對立,從而使光波發生彎曲傳播。即旋進氣流的推動、介質的折射和衍射、光波的介質動力的曲線作用,三者共同影響,造成光在宇宙空間的傳播發生一定程度的彎曲。

              圖示說明太陽光照射到地球的路徑
               
               

              如圖5OB線是太陽和地球的直線距離,從A點到B點的粗線是陽光從A點出發照射到地球的路徑,斷點為折射,太陽光從A點出發,到達地球的B點,中間要穿過太陽旋渦體的不同物質層次和地球的不同物質層次,發生多次折射或衍射、彎曲才能到達,并且穿過不同的物質層次,其速度快慢也不一樣。陽光彎曲的原因如上所述。(當然,折射和彎曲不如圖示那么大)

              當我們在地球B點被陽光正面照射時,并不是正面對著地球的太陽一側的光的照射,實際上是太陽另一側面的光照。

              對星光的錯覺

              從遙遠星際傳播到地球的星光,中間要穿過或繞過很多星系或星球體,發生過很多次折射、衍射和彎曲傳播,才到達地球。我們看見的星星,以為它就在我們正視的方向,實際上,不一定,它可能在我們的上方、或下方、或左方、或右方、甚至是后方。因此,當我們夜晚抬頭看著滿天的繁星,它們并不一定都在同一方向,有的在我們的上方,有的在下方,有的在左方,有的在右方,有的甚至在后方,是它們發出的光經過很多曲折傳播后,從同一方向到達地球,才讓我們認為它們在同一方向的錯覺。實際上,沒人能確切知道它們的具體方向,如同,經過不知多少塊鏡子從不同角度(側度、仰度、俯度)反射陽光,通過看到的最后一塊里的太陽來判知,根本無法判定太陽的確切方向。

              結語

              波動是物質運動的基本屬性。在宇宙中,沒有孤立存在的物體,每一個物體都與周圍其它物體的相互作用中實現運動發展,宇宙空間也不存在完全的真空,波也不可能在真空中傳播,因為波是介質力向相反的物質力量對穿行于其中的物質的持續相互作用而產生。任何物體,只要它運動的速度達到一定的程度,都要發生波動運動。因此,物質本身不存在波動性,只有物質運動才有波動性。

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