速度越快質量越大的說法靠譜嗎,依據何在?

速度越快質量越大的說法靠譜嗎,依據何在?

有人常常對狹義相對論中的質增效應質疑,為什麼速度越快,質量就會越大呢?現實中有這樣的例子嗎?

其實這是在認識上有一個誤區,所謂質量在運動中增大,是指靜質量在速度中動量增大,而不是質量本身變大了。

這種例子在生活中常常見到,只是很多人沒有往那方面想,問個為什麼而已。

動量和質增效應都與速度有密切直接關係,並且成正比。

比如你手拿著一顆子彈,輕輕地放在皮膚上,它會鑽入你的皮膚嗎?或者你用力丟一下,它可能會把你打出血來,但不會致死吧?如果把它放在槍裡面,用火藥發射出去,打在你身上,你覺得咋樣?

如果一顆重10克的子彈,以400m/s的速度由槍口射出,槍管的長度為0.5m,子彈在槍管中受到的平均合力F有多大呢?

我們來計算一下,子彈在槍膛裡的時間為:t=0.5/400=1/800秒;

根據動量定理:Ft=mv,

可得子彈在槍膛裡受到的平均合力為:

F=mv/t=0.01kgx400米/0.00125秒=3200N

式中,m為子彈質量,單位:千克;v為子彈速度,單位:米;t為子彈在槍膛裡時間,單位:秒。

這樣我們得到了1顆10克的子彈在出槍膛時得到的力為3200牛。

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那麼這個力量相當於多少公斤動質量呢?我們來換算一下。

嚴格說來,N(牛頓)是力的國際單位,kg(公斤)是質量單位,這兩個單位可以通過加速度計算,但不可以等價。物理學定義為:在地球表面附近1公斤物體受到的重力為9.8N。

如果按照這個換算,3200N/9.8≈327kg。

當一顆子彈以每秒400米速度飛行時,得到的力就是3200牛,相當於327公斤的動量。

327公斤的力集中在一個尖尖的子彈頭上,豈有不穿破皮膚擊傷甚至擊死人之理?

當然子彈打死人還有很多其他的機制,這裡就不一一細說了。

這樣的例子還很多,比如“鳥炮”效應。

1只鳥的撞擊力量很小吧?但當與飛機的速度疊加時,這個力量就不可小覷了,它可以把一架飛機的擋風玻璃撞碎,或者把飛機發動機撞毀,甚至導致空難。

一隻鳥在高速狀態下破壞力達到了導彈破壞的效果,難怪被稱為“鳥炮”。

這都是速度與質量關係的體現。

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相對論認為,質量和能量是等價並可以互換的,這就是著名的質能方程。

質能方程的表達式為:E=MC²。

這裡E表示能量,單位:焦耳(J);M表示質量,單位:公斤(kg);C表示光速,單位:米(m)。

光速的精準值為:299792458米/秒(m/s),一般取其近似值為:300000000米/秒。

這個揭示質量與能量最本質關係的偉大方程,蘊含著常被人忽略的兩個重要關係:質量能量與速度的關係非常密切,且成正比;質量最大效能的發揮是以光速為天花板的。

這個方程是建立在光速極限,光速恆定基礎上的,也就是說這個世界最大的速度就是光速,無法突破,而且光速在任何參考系裡都是不變的,也是無法疊加的。

因此質量最大的效能就是與光速為限,與光速平方成正比。

由此得出速度與能量也有著正比例關係,速度越大動能越大,能量也就越大。

質速關係可以用如下公式表達:

m=m0/√(1-v²/c²)

式中,m為相對論質量,m0為靜質量,v為物體運動速度,c為光速。

這個公式明確表示了物體慣性質量隨著運動速度的增加而加大,速度趨於光速時,慣性質量趨於無限大。

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物體的靜質量在運動中轉化為動量。

在經典物理學中,動量是與物體的質量和速度相關的物理量,物體的動量指這個物體在它運動方向上保持運動的趨勢。

其表達式為:

p=mv(一般採用此公式)

p=mv/√(1-v²/c²)

式中,p為動量,m為質量,v為物體運動速度,c為光速。

這裡面有一點非常重要,就是動量守恆,這裡不展開說。

上述不管是哪一表達式,都體現了這樣一種關係:物體質量與運動密切相關,而且質量在運動中是成正比例關係增大的。

但物質在運動中,質量本身是不會增加的,增加的只是能量和動量,也就是動能,是質量在加速狀態下的表現。

而動能和質增效應與又與時間膨脹密切關聯,時間膨脹的表現就是尺縮鐘慢效應,這就是相對論關於質能與時空相關性一環扣一環的邏輯關係。

這不是本文話題,就不多說了。


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