03.05 如何证明速度越快质量越大?

张春财


要证明相对论的质增效应。

首先在宏观世界是根本没法证明质增效应的。唯一只有微观粒子可以做到证明,相对容易些。但要直线加速到接近光速,仍然有一定困难,需要很高的直流电压。在低速下测量粒子质量。再在高压电场下,重新测量粒子动态质量。据说可以证明,但没有理论的大。这样的论文可以搜到。

回旋加速器是弧形运动,带电粒子在切线方向,会产生同步辐射,放出大量的各频谱光子,造成了加速困难,干扰了质增效应。


重庆叶宏


这在现实中许多速度越快动量越大的例子。

动量和质增效应都与速度有密切直接关系,并且成正比。

比如你手拿着一颗子弹,轻轻地放在皮肤上,它会钻入你的皮肤吗?或者你用力丢一下,它可能会把你打出血来,但不会致死吧?如果把它放在枪里面,用火药发射出去,打在你身上,你觉得咋样?

如果一颗重10克的子弹,以400m/s的速度由枪口射出,枪管的长度为0.5m,子弹在枪管中受到的平均合力F有多大呢?

我们来计算一下,子弹在枪膛里的时间为:t=0.5/400=1/800秒;

根据动量定理:Ft=mv,

可得子弹在枪膛里受到的平均合力为:

F=mv/t=0.01kgx400米/0.00125秒=3200N

式中,m为子弹质量,单位:千克;v为子弹速度,单位:米;t为子弹在枪膛里时间,单位:秒。

这样我们得到了1颗10克的子弹在出枪膛时得到的力为3200牛。

那么这个力量相当于多少公斤动质量呢?我们来换算一下。

严格说来,N(牛顿)是力的国际单位,kg(公斤)是质量单位,这两个单位可以通过加速度计算,但不可以等价。物理学定义为:在地球表面附近1公斤物体受到的重力为9.8N。

如果按照这个换算,3200N/9.8≈327kg。

当一颗子弹以每秒400米速度飞行时,得到的力就是3200牛,相当于327公斤的动量。

327公斤的力集中在一个尖尖的子弹头上,岂有不穿破皮肤击伤甚至击死人之理?

当然子弹打死人还有很多其他的机制,这里就不一一细说了。

这样的例子还很多,比如“鸟炮”效应。

1只鸟的撞击力量很小吧?但当与飞机的速度叠加时,这个力量就不可小觑了,它可以把一架飞机的挡风玻璃撞碎,或者把飞机发动机撞毁,甚至导致空难。

一只鸟在高速状态下破坏力达到了导弹破坏的效果,难怪被称为“鸟炮”。

这都是速度与质量关系的体现。

相对论认为,质量和能量是等价并可以互换的,这就是著名的质能方程。

质能方程的表达式为:E=MC²。

这里E表示能量,单位:焦耳(J);M表示质量,单位:公斤(kg);C表示光速,单位:米(m)。

光速的精准值为:299792458米/秒(m/s),一般取其近似值为:300000000米/秒。

这个揭示质量与能量最本质关系的伟大方程,蕴含着常被人忽略的两个重要关系:质量能量与速度的关系非常密切,且成正比;质量最大效能的发挥是以光速为天花板的。

这个方程是建立在光速极限,光速恒定基础上的,也就是说这个世界最大的速度就是光速,无法突破,而且光速在任何参考系里都是不变的,也是无法叠加的。

因此质量最大的效能就是与光速为限,与光速平方成正比。

由此得出速度与能量也有着正比例关系,速度越大动能越大,能量也就越大。

质速关系可以用如下公式表达:

m=m0/√(1-v²/c²)

式中,m为相对论质量,m0为静质量,v为物体运动速度,c为光速。

这个公式明确表示了物体惯性质量随着运动速度的增加而加大,速度趋于光速时,惯性质量趋于无限大。

物体的静质量在运动中转化为动量。

在经典物理学中,动量是与物体的质量和速度相关的物理量,物体的动量指这个物体在它运动方向上保持运动的趋势。

其表达式为:

p=mv(一般采用此公式)

p=mv/√(1-v²/c²)

式中,p为动量,m为质量,v为物体运动速度,c为光速。

这里面有一点非常重要,就是动量守恒,这里不展开说。

上述不管是哪一表达式,都体现了这样一种关系:物体质量与运动密切相关,而且质量在运动中是成正比例关系增大的。

但物质在运动中,质量本身是不会增加的,增加的只是能量和动量,也就是动能,是质量在加速状态下的表现。

而动能和质增效应与又与时间膨胀密切关联,时间膨胀的表现就是尺缩钟慢效应,这就是相对论关于质能与时空相关性一环扣一环的逻辑关系。

这不是本文话题,就不多说了。


时空通讯


速度越大,物体的质量也越大,这是相对论推导出来的结果。相对论,是关于时间,空间和万有引力的理论,主要创立者是爱因斯坦。相对论是20世纪物理学最伟大的理论之一,它颠覆了人类的部分常识,重塑了我们的世界观,提出了“四维世界”等全新概念。微观上,相对论的提出,产生了量子力学这一物理分支;宏观上,相对论的提出,为宇宙学的产生奠定了理论基础。根据相对论原理,质量、速度、光速关系如下:

m——高速运动物体的速度;m0——物体静止状态的质量;v——物体运动速;c——光速。从上面关系式中,我们可以看出,速度越大,公式的分母就越小,运动物体的质量就越大。当物体的运动速度趋近于光速,分母就会无限趋近于零,物体的运动质量就会趋近于无穷大。




Wineke


●这个说法来自狭义相对论的质增效应:

m=m₀γ=m₀/√(1-v²/c²)...(1)

可以从宏观与微观两方面,用实验来证明。

●宏观实验方案。在一个速度为10马赫飞机上,用一个高灵敏度(可分辨1微克)的电子秤,称量一个1000kg的特殊砝码。该飞机以固定高度绕地球做测地线循环飞行。

由m₀=1000kg,v=3400m/s≈10⁻⁵c,

则:γ=1/√(1+10⁻⁵)(1-10⁻⁵)

=1/0.999999995=1.000000005

则:m=m₀γ=1000.000005kg

则:△m=m-m₀=5×10⁻⁶kg=5μg。

就是说,对于高敏感的电子秤与高速运动的大质量物件,在宏观尺度,是可以检验质增效应是否成立。

●不过,我们还是无法认定,说质增效应肯定成立,或肯定不成立。

然而,我们相信能量守恒定律。可以用能量是否守恒来验证一下。

显然,飞机燃油提供高速度动能,燃油消耗是一定的,提供的部分热能Q=常量,使该砝码获得的动能,即:

½mv²=Q=常量...(2)

即,速度平方(v²)与质量成反比,换言之,速度(v)越大,质量(m)越小,

——这显然与质增效应的结论是截然相反的。可见,我们首先怀疑纯理论的假设。

●用同样的办法,我们来看看微观领域,以电子为例。先看核外电子的质增情况。通常电子平均速度v=αc=0.0073c

有:γ=1/√(1+0.0073)(1-0.0073)

=1.000027

有:(△m)/m=27%%。

就是说,核外电子质量一直比原有质量高出万分之27。这有什么意义呢?

水涨船高,有必要重新修订所有微观的物理参量么?同时否定能量守恒与库仑定律?

●27%%太小,不足以引起重视。来看中子内部的电子速度。

从β衰变释放的β电子为准光速,可以反推核内电子速度也是准光速,假设:v=0.999c

有:γ=1/√(1+0.999)(1-0.999)=22.4

即,电子质量增加了21.4倍。就是说,核子内部的质量与能量永不守恒。

这里的物理意义究竟是什么?同理,在高能加速器中,我们所有加速粒子的质量,皆被设法加速到22.4倍。

如果被加速的速度不变,此时的电源提供给粒子枪的加速电压的能量=电子动能增量:

qU=△½mv²=常量...(3)

速度也是与质量成反比。这种能量与质量极不守恒,例如W/Z介子的离奇质量,希格斯子的奇葩质量,都要拜洛伦兹变换因子所赐。

当然,由于高能物理实在走不下去,也有科学家早就指出洛伦兹变换因子荒诞不经。

(正文完)

附:文字图片(笔者原创,不可剽窃):

音爆质增的牛二定律。飞机音爆阻力增大的原因是附近吸积周围大量介质。

图文1


图文2

图文3 (最后一页)


物理新视野


这个问题好像无法证明。

首先,物理学中,现在至少七种属性来区分质量的概念。

我们一般人理解的质量,其实应该是重量的概念。

重量,按照定义,度量了为了支持一个重力场中的物体(即使其保持静止)所需要的力的大小。地球的重力场使得地球表面附近的物体有重量。通常,短距离之内的重力场的变化微乎其微,地球表面各处的重力场也几乎是一致的;因此,当一个物体从一个地方移动到另一个地方的时候,它的重量的变化非常小,这些微小的变化在历史的绝大部分时期都没有为人所觉察。我们可以用弓被拉延伸的长度来测量重量,这些微小的变化在古埃及是可以测量出来的,所以重量是会改变的;在水中由于浮力的影响,物体的重量更是明确的会变小。这给早期的人类一种感觉:物质世界里,有什么是物体的一种不变的、基本的属性我们可以称之为质量。 ——维基百科

就像相同的物品,月球上的重量就只有地球的六分之一了,给我们的感觉。但是同一物品他的重量真的变了吗肯定没有,只是他需要对抗的引力变小了。

在地球表面,一个物体的重量 F(g)与其质量 m的关系为F(g)=mg,其中g是地球重力加速度, g受纬度、海拔、地壳密度分布(如地下矿藏)等的影响,其值一般取9.81 m/s。一个物体的重量与其所处的环境有关,然而它的质量却不然。例如,一个质量为50kg的物体在地球表面的重量是491N,同样的物体在月球表面只有81N。

所以质量应该是个定值的。

狭义相对论证明了物质能量E和其质量m之间的关系( E=mc^2)。根据这个关系,一个由许多粒子构成的集合体,其质量可能大于也可能小于这些粒子单独的质量之和。

根据上面的狭义相对论公式,能量才是和速度成正比的,速度越快的相同物体蕴含的能量越大。

回到这里的话就很好证明了,你用手扔一颗子弹 和 用枪打把它打出去你觉得哪个能量更大(破坏力更大)。同一颗子弹的质量是不变的, 哪怕有一把未来科长产的枪🔫,可以把这颗子弹打出后加速到接近光速C,按照公式质量还是不变的(还是这颗子弹的质量m),当然达到光速后,现在的科学理论应该还解释不了,这颗子弹的质量有可能会发生改变,但是是不是变大也不好说了。


宜宾劳动者


速度越快质量越大,这是宇宙第一谬论。

1.物体速度不管怎么改变质量都是恒定不变的。

2.如果物体速度越快质量越大那么飞机在空中难道关闭发动机就能像氢气球一样永远漂浮?

3.难道能量守恒定律是错的,难道应该是mv=m²v²


明宇智远


这里,首先要弄清质量的本质。速度越大的物体质量越大这里是指动质量,质能守恒定律告诉我们质量和能量具有相同的本质,运动的物体静质量不变的话,动能增加,那么动质量自然增加。

那么为什么要定义动质量这个名词,直接以静质量和动能区分开不更好么,这是因为,原本在低速系统里关于质量的物理性质,在高速系统里适用于动质量而不是静质量,比如:动量守恒,万有引力定律。

首先看动量守恒,动质量随速度的增加而增加其实意味着,物体的动量和速度其实并不呈线性关系,速度接近光速时物体的动质量变得很大,意味着动量也变得很大,速度有上限(光速)而动量没有上限。当然,对于封闭系统,动量总是守恒的,一个地方动量增加了意味着其他地方动量减少(当然这是矢量加减)。

对于万有引力,本质是由能动张量所产生,因此它也是和动质量相关,即运动物体对外部所产生的引力场是比同等静止质量的静止物体强的。

最后再讨论下静止质量以及封闭系统的守恒律,能加深楼主对质量和能量的理解。先看以下例子:一个系统内只有两个物体,从参考系S看,两个物体均保持静止,静质量均为m,那么系统的总静质量 = 总动质量 = 2m。现在,外部对这两个物体进行做功使其动能增加,使其分别拥有0.8c大小的速度,且速度方向正好相反,那么从S系看,两物体的静质量仍然是m,而动质量变成1.667m,那么系统的总动质量现在为1.667m * 2 = 3.33m。这里关键在于,系统的静质量怎么看呢,把系统看作整体的话,系统的质心其实仍然是静止的,系统动能为0,那么静质量也应该等于动质量即为3.33m,而并不是两个静止物体的静质量之和2m。所以一定要理解静质量的定义:系统的静质量并不等于系统各部分静质量之和,同理,系统的动能并不等于系统各部分动能之和。总结一下封闭系统的守恒律:能量(或者说质能,动质量)守恒,且等于系统各部分能量之和;动量守恒,且等于系统各部分动量矢量和;静质量守恒,但不等于系统各部分静质量之和(后者不守恒);动能守恒,但不等于系统各部分动能之和(后者不守恒)。


咋不是啊


研究“运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大”实验中,控制小球的速度相同,可以采取让不同质量的小球从斜面的同一高度向下运动来控制.

实验步骤如下:

①让不同质量的两个小球沿同一斜面分别从同一高度开始向下运动,然后与放在水平面上的纸盒相碰,观察纸盒在水平面上移动距离的远近,如图甲和乙所示.

②比较两次实验中小球推动纸盒移动距离的远近.

设计实验如下图:



有趣更有味


这个可以参考粒子加速器,知道为什么不制造成环形或者是圆形吗,那样那样更省空间,一般高能粒子计数器是按几十公里来造的。就是因为爱因斯坦相对论可以得出速度越快质量越大,如果造成圆形的话速度越快质量越大,向心力也越大这就造成瓶颈,速度大不起来。



5分钟DIY美女


在我们日常生活中可以感觉到,如果你骑一无载重的自行车速度,不如后面载重的自行车速度快,速度快来自重力,在宇宙间更如此,质量大的天体自转速度更快。


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