楊林
聯(lián)系方式：972567831@qq.com、syyz972567831@protonmail.com

摘要：在每一個閉合的三元平衡系統(tǒng)中，所有的能量都會在系統(tǒng)的內(nèi)部無限循環(huán)生生不息。由于任何一個系統(tǒng)不存在絕對的獨立，所以系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互影響，其實是一種系統(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，使物體運動的“能量做功”（能量在系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換），其實和“作用時間”、“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，使物體運動的“能量做功”，其實是“作用時間”乘以“作用力”的二次方，再乘以“能量做功率”。
即，能量做功方程式：

1.2方程式推導(dǎo)過程

我們想象一個靜止的1千克質(zhì)量的物體，在一個失重的環(huán)境中（完全不受其它任何作用力），突然受到一個1牛頓大小的作用力的作用，這個物體會獲得一個1m/s2的加速度。
當(dāng)1s之后，物體運動的速度會變成1m/s，移動的總距離為0.5m，也就是0.5J做功。
當(dāng)2s之后，物體運動的速度會變成2m/s，移動的總距離為2m，也就是2J做功。
當(dāng)3s之后，物體運動的速度會變成3m/s，移動的總距離為4.5m，也就是4.5J做功。
當(dāng)4s之后，物體運動的速度會變成4m/s，移動的總距離為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？
這是因為在“三元平衡系統(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（單位時間作用力）傳遞來完成的，而“能量做功”對系統(tǒng)本身而言，其實只是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間產(chǎn)生作用的一種相對概念。
所以我們可以這樣假設(shè)，當(dāng)這個完全不受其它作用力的物體的某一面，突然間受到一個1牛頓大小的作用力，而在物體的另一面則是一面墻（阻礙物體運動的障礙物），那么這個物體其實會受到兩個方向上的作用力擠壓。
所以這時的“單位時間作用力”（能量），其實全部作用于物體的系統(tǒng)內(nèi)部，會形成對物體的系統(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，那么這個物體就只會受到一個方向的作用力，這個作用力同樣也會形成對物體的內(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%（在低速運動時，不考慮三元平衡系統(tǒng)的內(nèi)阻現(xiàn)象的影響時，能量做功率為50%。高速運動考慮三元平衡系統(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，會隨著物體運動的速度變快而減?。?。
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大小的作用力的時候，這個物體會獲得一個0.1m/s2的加速度，1s之后物體會移動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來計時，做功為0.05J。但是如果按照能量做功方程式計算的話，做功依然是0.5J。為什么會出現(xiàn)這樣的情況呢？

2.2有效做功與物體質(zhì)量有關(guān)

這是因為能量在系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的做功關(guān)系，其實應(yīng)該還和物體的質(zhì)量有關(guān)。同樣速度運動的物體，質(zhì)量越大物體的動能也就越大。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)一個本身具有初始速度的物體，如果突然遇到某個使其減速的作用力的時候，與此同時再施加一個抵消減速的作用力，使其保持原來的初始速度。其實這兩個作用力都不會產(chǎn)生真正有效的做功（只會對物體系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生作用。例如，是物體發(fā)生形變），但是用傳統(tǒng)物理學(xué)中的做功公式W=FS看來，這兩個作用力都對物體做功，一個是做正功，一個是做負(fù)功。
這種情況其實都是物體慣性產(chǎn)生的作用，兩個相互抵消的作用力其實只是維持物體原本的慣性運動。
例如，地球自西向東自轉(zhuǎn)，當(dāng)一個人向東用力去推一面墻的時候。地球通過自轉(zhuǎn)運動，那么這面墻其實也會隨著地球的自轉(zhuǎn)，發(fā)生相應(yīng)的位移。但是這個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是移動距離，m是物體的質(zhì)量。
例如，一個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，其實并不是某個作用力的做功。

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，動能公式E=(1/2)mv2，其實并不正確。正確的應(yīng)該是E=(1/2)m2v2，這當(dāng)中由于會涉及到一個新的概念“能量烈度”的問題，所以這里只做一點簡單的探討。
“能量烈度”就是系統(tǒng)與系統(tǒng)間的能量傳遞形成的對系統(tǒng)的改變（破壞）程度。而在傳統(tǒng)物理學(xué)中動能的概念，其實和物理新概念“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為使物體加速時所受到的合力大小，t是作用力F給物體加速所用的時間，t0是這個物體獲得動能之后撞擊其它物體時的接觸時間。

在傳統(tǒng)物理學(xué)中，對物體的動能大小的認(rèn)知，其實涵蓋了部分“能量烈度”概念。例如，一個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。
但事實上，這是因為物體撞擊的接觸時間（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)生撞擊時撞擊的接觸時間也會相應(yīng)的變短，撞擊時撞擊的接觸時間變短，撞擊產(chǎn)生的“能量烈度”就會增大。

3.3能量烈度大小與能量大小

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是將“能量烈度”大小和能量大小混淆在了一起。于是就會認(rèn)為物體的運動速度對動能的影響，大于物體質(zhì)量對動能的影響，因此才有了E=(1/2)mv2這樣的公式。

3.4能量做功方程式與新動能公式

經(jīng)過修正之后的動能公式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，進一步簡化就可以得到?jīng)_量公式：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)上其實是一種“單位時間作用力”（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》）。

4結(jié)語

通過對“能量做功”（也是傳統(tǒng)物理學(xué)中的能量概念）的闡釋，其實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，會往復(fù)循環(huán)而生生不息。

文獻：


［1］《三元平衡定律》，https://zenodo.org/record/4925298#.YMLB96gzZPY（June 8, 2021）