摘要：在每一個(gè)閉合的三元平衡系統(tǒng)中，所有的能量都會(huì)在系統(tǒng)的內(nèi)部無限循環(huán)生生不息。由于任何一個(gè)系統(tǒng)不存在絕對(duì)的獨(dú)立，所以系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互影響，其實(shí)是一種系統(tǒng)間“能量做功”的關(guān)系。這里的“能量做功”就是傳統(tǒng)物理學(xué)中“能量”的概念。

關(guān)鍵詞：能量；做功；能量做功；系統(tǒng)與系統(tǒng)間的能量做功；

0引言

作用力（物體受到的合力）作用于物體，使物體運(yùn)動(dòng)的“能量做功”（能量在系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換），其實(shí)和“作用時(shí)間”、“作用力”以及“能量做功率”有關(guān)。

1能量做功方程

1.1能量做功

作用力（物體受到的合力）作用于物體，使物體運(yùn)動(dòng)的“能量做功”，其實(shí)是“作用時(shí)間”乘以“作用力”的二次方，再乘以“能量做功率”。

即，能量做功公式：E（能量做功）=（Ft）2*做功率（0%-100%之間）。例如，作用力使物體加速獲得動(dòng)能的能量做功公式為，E=（Ft）2*50%（做功率）。

1.2公式推導(dǎo)過程

我們想象一個(gè)靜止的1千克質(zhì)量的物體，在一個(gè)失重的環(huán)境中（完全不受其它任何作用力），突然受到一個(gè)1牛頓大小的作用力的作用，這個(gè)物體會(huì)獲得一個(gè)1m/s2的加速度。

當(dāng)1s之后，物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)變成1m/s，移動(dòng)的總距離為0.5m，也就是0.5J做功。

當(dāng)2s之后，物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)變成2m/s，移動(dòng)的總距離為2m，也就是2J做功。

當(dāng)3s之后，物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)變成3m/s，移動(dòng)的總距離為4.5m，也就是4.5J做功。

當(dāng)4s之后，物體運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)變成4m/s，移動(dòng)的總距離為8m，也就是8J做功。

將這些數(shù)據(jù)代入“能量做功公式”中，大家是不是會(huì)發(fā)現(xiàn)，所得到的“能量做功”（傳統(tǒng)物理學(xué)中的“能量”）大小，完全和上面的結(jié)論一模一樣呢？

1.3能量做功率為什么是50%？

為什么在“能量做功”方程式中，能量做功率是50%，而不是其它的什么值呢？

這是因?yàn)樵凇叭胶庀到y(tǒng)”中，系統(tǒng)與系統(tǒng)間（也是更大系統(tǒng)的內(nèi)部）的作用和影響，全部是通過相互間的能量（單位時(shí)間作用力）傳遞來完成的，而“能量做功”對(duì)系統(tǒng)本身而言，其實(shí)只是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間產(chǎn)生作用的一種相對(duì)概念。

所以我們可以這樣假設(shè)，當(dāng)這個(gè)完全不受其它作用力的物體的某一面，突然間受到一個(gè)1牛頓大小的作用力，而在物體的另一面則是一面墻（阻礙物體運(yùn)動(dòng)的障礙物），那么這個(gè)物體其實(shí)會(huì)受到兩個(gè)方向上的作用力擠壓。

所以這時(shí)的“單位時(shí)間作用力”（能量），其實(shí)全部作用于物體的系統(tǒng)內(nèi)部，會(huì)形成對(duì)物體的系統(tǒng)內(nèi)部的改變作用（包括物體由于壓力造成的形變等）。這種狀態(tài)下，物體的兩頭都會(huì)受到作用力，所以能量做功率是0%。

但是當(dāng)這面墻如果突然消失，那么這個(gè)物體就只會(huì)受到一個(gè)方向的作用力，這個(gè)作用力同樣也會(huì)形成對(duì)物體的內(nèi)部系統(tǒng)的改變作用。這種狀態(tài)下，物體只有一面受到作用力，所以能量做功率是50%。

在自然系統(tǒng)中的“能量做功率”，其實(shí)有三種狀態(tài)，第一種是，作用力不做功，能量做功率為0%。

第二種是，作用力做功（這里是物體受到的合力做功），能量做功率為等于或小于50%（在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不考慮三元平衡系統(tǒng)的內(nèi)阻現(xiàn)象的影響時(shí)，能量做功率為50%。高速運(yùn)動(dòng)考慮三元平衡系統(tǒng)的內(nèi)阻的影響，能量做功率則小于50%。也就是說，這種能量做功率，會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)的速度變快而減?。?。

第三種是，能量做功率為100%（例如，核聚變產(chǎn)生的能量做功率，這種能量做功率為100%是不變的）。

2傳統(tǒng)物理學(xué)中的做功公式

2.1與傳統(tǒng)物理學(xué)公式之間的矛盾

講到里大家心里一定有這樣一個(gè)疑問！那就是，在傳統(tǒng)物理學(xué)中做功的公式是W=FS。

也就是說，同樣在失重的環(huán)境中（完全不受其它任何作用力），當(dāng)物體的質(zhì)量如果變成10kg，突然受1N大小的作用力的時(shí)候，這個(gè)物體會(huì)獲得一個(gè)0.1m/s2的加速度，1s之后物體會(huì)移動(dòng)0.05米遠(yuǎn)的距離。

如果按照傳統(tǒng)物理學(xué)中做功的公式是W=Fs或E=(1/2)mv2來計(jì)時(shí)，做功為0.05J。但是如果按照能量做功公式計(jì)算的話，做功依然是0.5J，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？

2.2有效做功與物體質(zhì)量有關(guān)

這是因?yàn)槟芰吭谙到y(tǒng)與系統(tǒng)之間的做功關(guān)系，其實(shí)應(yīng)該還和物體的質(zhì)量有關(guān)。同樣速度運(yùn)動(dòng)的物體，質(zhì)量越大物體的動(dòng)能也就越大。作用力作用于物體，產(chǎn)生的加速度和物體的質(zhì)量有關(guān)。

也就是說，傳統(tǒng)物理學(xué)中做功的公式是W=Fs和E=(1/2)mv2并不正確。為什么這樣說呢？

先說W=Fs，當(dāng)一個(gè)本身具有初始速度的物體，如果突然遇到某個(gè)使其減速的作用力的時(shí)候，與此同時(shí)再施加一個(gè)抵消減速的作用力，使其保持原來的初始速度。其實(shí)這兩個(gè)作用力都不會(huì)產(chǎn)生真正有效的做功（只會(huì)對(duì)物體系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生作用。例如，使物體發(fā)生形變），但是用傳統(tǒng)物理學(xué)中的做功公式W=Fs看來，這兩個(gè)作用力都對(duì)物體做功，一個(gè)是做正功，一個(gè)是做負(fù)功。

這種情況其實(shí)都是物體慣性產(chǎn)生的作用，兩個(gè)相互抵消的作用力其實(shí)只是維持物體原本的慣性運(yùn)動(dòng)。

例如，地球自西向東自轉(zhuǎn)，當(dāng)一個(gè)人向東用力去推一面墻的時(shí)候。地球通過自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么這面墻其實(shí)也會(huì)隨著地球的自轉(zhuǎn)，發(fā)生相應(yīng)的位移。但是這個(gè)人向東用力去推這面墻，其施加的作用力并不能產(chǎn)生有效做功。所以說，只有物體所受到的合力作用于物體，才能產(chǎn)生有效做功。

2.3有效做功公式

所以說，有效做功公式應(yīng)該是W=Fsm，F(xiàn)是物體所受到的合力大小，s是移動(dòng)距離，m是物體的質(zhì)量。

例如，一個(gè)10kg的物體，受到合力為1N。物體受到的合力不為0，那么物體必然會(huì)產(chǎn)生加速或減速，有速度上的改變，才是作用力產(chǎn)生的有效做功。沒有速度上的改變，其實(shí)并不是某個(gè)作用力的做功。

3物理學(xué)新概念“能量烈度”

3.1能量烈度

傳統(tǒng)物理學(xué)中，動(dòng)能公式E=(1/2)mv2，其實(shí)并不正確。正確的應(yīng)該是E=(1/2)m2v2，這當(dāng)中由于會(huì)涉及到一個(gè)新的概念“能量烈度”的問題，所以這里只做一點(diǎn)簡單的探討。

“能量烈度”就是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的能量傳遞形成的對(duì)系統(tǒng)的改變（破壞）程度。而在傳統(tǒng)物理學(xué)中動(dòng)能的概念，其實(shí)和物理新概念“能量烈度”有一定的交集，如果將“能量烈度”從傳統(tǒng)動(dòng)能公式中剔除，那么就應(yīng)該是E=(1/2)m2v2。

3.2能量烈度公式

“能量烈度”公式：

，其中F為使物體加速時(shí)所受到的合力大小，t是作用力F給物體加速所用的時(shí)間，t0是這個(gè)物體獲得動(dòng)能之后撞擊其它物體時(shí)的接觸時(shí)間。

在傳統(tǒng)物理學(xué)中，對(duì)物體的動(dòng)能大小的認(rèn)知，其實(shí)涵蓋了部分“能量烈度”概念。例如，一個(gè)1kg重的物體以10m/s的速度撞擊其它物體產(chǎn)生的作用，是10kg重的物體以1m/s的速度撞擊其它物體的10倍，也就是E=(1/2)mv2。

但事實(shí)上，這是因?yàn)槲矬w撞擊的接觸時(shí)間（也就是“能量烈度公式”中的t0）不同，而呈現(xiàn)出來的“能量烈度”大小不同的結(jié)果。物體速度越快，發(fā)生撞擊時(shí)撞擊的接觸時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的變短，撞擊時(shí)撞擊的接觸時(shí)間變短，撞擊產(chǎn)生的“能量烈度”就會(huì)增大。

3.3能量烈度大小與能量大小

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在傳統(tǒng)物理學(xué)中，由于沒有“能量烈度”這一概念，所以在某些地方其實(shí)是將“能量烈度”大小和能量大小混淆在了一起。于是就會(huì)認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)速度對(duì)動(dòng)能的影響，大于物體質(zhì)量對(duì)動(dòng)能的影響，因此才有了E=(1/2)mv2這樣的公式。

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3.4能量做功公式與新動(dòng)能公式

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經(jīng)過修正之后的動(dòng)能公式E=(1/2)m2v2和能量做功公式E=（Ft）2*50%之間，E都表示能量（能量做功），也就是說(1/2)m2v2=（Ft）2*50%，因此也可以寫成(1/2)m2v2=(1/2)F2t2，進(jìn)一步簡化就可以得到動(dòng)量定理公式：Ft=mv。

其中F是物體受到的合力，t是作用力F給物體加速所用的時(shí)間，m是物體的質(zhì)量，v是物體最后獲得的速度。

系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的能量傳遞，本質(zhì)上其實(shí)是一種“單位時(shí)間作用力”（Ft）的傳遞，而物體的質(zhì)量和速度（mv），只不過是能量呈現(xiàn)出來的兩種狀態(tài)而已（相關(guān)理論見《三元平衡定律》，完整版下載：https://doi.org/10.5281/zenodo.4539809）。

3.5勢能與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換

根據(jù)E=（Ft）2*50%、E=(1/2)m2v2、W=Fsm這三個(gè)公式，也可以寫成(1/2)m2v2=(1/2)F2t2=Fsm。

其中Fsm=(1/2)m2v2，也可以用來表示勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)換關(guān)系的方程式。s為物體自由下落的距離（高度），F(xiàn)為物體自由下落時(shí)所受到的重力，m為物體的質(zhì)量。

4通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“能量做功方程式”

4.1一種“特殊的牛頓擺實(shí)驗(yàn)”

這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是“不同質(zhì)量的牛頓擺實(shí)驗(yàn)”，在實(shí)驗(yàn)中所用到的牛頓擺與傳統(tǒng)牛頓擺略有不同，不同之處就是牛頓擺的擺球之間的質(zhì)量不同。

在這個(gè)新型的牛頓擺中，A和B兩個(gè)擺球的質(zhì)量不同，我們假設(shè)A擺球的質(zhì)量為m=2kg，B擺球的質(zhì)量為(1/2)m=1kg。如果A擺球從高處釋放，以v=1m/s的速度撞擊B擺球的話，當(dāng)撞擊發(fā)生以后B擺球會(huì)獲得一個(gè)速度，我們假設(shè)這個(gè)速度為v2。而A擺球則會(huì)在撞擊的作用下減速，我們假設(shè)A擺球撞擊B擺球之后的速度為v1。

4.2動(dòng)量定理公式與（原）動(dòng)能公式矛盾

所以我們根據(jù)動(dòng)量守恒，可以知道m(xù)v=mv1+0.5mv2。但是如果我們依然沿用原先的動(dòng)能公式（E=(1/2)mv2）的話，根據(jù)能量守恒定律，得出(1/2)mv2=(1/2)mv12+0.5(1/2)mv22。我們將各個(gè)數(shù)值（m=2kg、v=1m/s）帶入兩個(gè)等式中。

就會(huì)得出mv12+0.5mv22=2以及mv1+0.5mv2=2，經(jīng)過簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算，要想這兩個(gè)等式成立的唯一條件只能是，v1=1m/s，v2=0m/s。這個(gè)結(jié)論顯然與實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況嚴(yán)重不符，因此可以證明動(dòng)量守恒（mv=mv1+0.5mv2）與原先的動(dòng)能公式（E=(1/2)mv2），二者之間必然有一個(gè)是錯(cuò)誤的。

4.3進(jìn)一步找出其中的科學(xué)邏輯陷阱

在這個(gè)試驗(yàn)中，只要A擺球與B擺球發(fā)生碰撞，無論A擺球最后的速度v1和B擺球獲得的速度v2是多少，只要不是v1=1m/s和v2=0m/s（未發(fā)生任何碰撞的情況），就不可能同時(shí)滿足mv12+0.5mv22=2和mv1+0.5mv2=2這兩個(gè)等式。

也就是說，在碰撞的過程中，我們可以先假設(shè)不存在轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（動(dòng)能損耗）的情況，那么mv12+0.5mv22=2和mv1+0.5mv2=2這兩個(gè)等式，其實(shí)不可能同時(shí)成立。事實(shí)上，不同質(zhì)量的擺球碰撞之后，所謂的“一部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（動(dòng)能損耗）”的說法，其實(shí)是為了掩蓋其自相矛盾的科學(xué)事實(shí)，而制造的一種邏輯陷阱而已。

質(zhì)量相等的兩個(gè)擺球，兩個(gè)擺球撞擊之后速度互換，為什么“動(dòng)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”？而不同質(zhì)量的兩個(gè)擺球，哪怕所用的材質(zhì)和之前完全一樣，為什么就會(huì)有“一部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能”？我們認(rèn)知思考之后，就更容易看出這種明顯的科學(xué)邏輯陷阱。

例如，我們假設(shè)A擺球與B擺球發(fā)生碰撞之后，動(dòng)能完全沒有損失，最后A擺球速度為v1=√0.5，而B擺球速度為v2=1，這樣的話就能完全滿足動(dòng)能守恒mv2=mv12+0.5mv22=2，但是帶入動(dòng)量定理公式的話，必然是mv1+0.5mv2≠2。

也就是說，在這個(gè)試驗(yàn)當(dāng)中，如果原動(dòng)能公式E=(1/2)mv2正確的話，那么能量守恒定律與動(dòng)量守恒必然有一個(gè)錯(cuò)誤。很顯然能量守恒定律與動(dòng)量守恒定律絕對(duì)不可能錯(cuò)誤，那么錯(cuò)誤的必然是原動(dòng)能公式E=(1/2)mv2。

因此進(jìn)一步可以說明，動(dòng)量守恒（mv=mv1+0.5mv2）與能量守恒定律以及原動(dòng)能公式（E=(1/2)mv2），三者之間必然有一個(gè)是錯(cuò)誤的。

4.4使用修正后的動(dòng)能公式

但如果我們將原先的動(dòng)能公式（E=(1/2)mv2），修正為新動(dòng)能公式（E=(1/2)m2v2）的話，計(jì)算結(jié)果就會(huì)和實(shí)驗(yàn)的情況完全符合，因此就可以驗(yàn)證原先的動(dòng)能公式（E=(1/2)mv2），是缺少或物理意義的錯(cuò)誤公式。

5結(jié)語?

通過對(duì)“能量做功”（也是傳統(tǒng)物理學(xué)中的能量概念）的闡釋，其實(shí)是為了能更好的闡述能量在三元平衡系統(tǒng)中的概念。也就是，能量在“三元平衡系統(tǒng)”的內(nèi)部，會(huì)往復(fù)循環(huán)而生生不息。系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的能量傳遞，本質(zhì)上是一種“單位時(shí)間作用力”（Ft）的傳遞，而物體的質(zhì)量和速度（mv），都只不過是能量呈現(xiàn)出來的兩種狀態(tài)。

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《三元平衡定律》下載：https://doi.org/10.5281/zenodo.4539809