d(u×v),W=w-mu×v+mu×v0. (4)
由dv=adt和dr=vdt知,W=w-mu×v+mu×v0=w1(t)-mu×q(t)+mu×v0=j(t), (5)
由于R=r–ut=r(t) –ut=φ(t) (6)
是关于时间t的连续函数,质点在任何时刻的速度都是唯一存在的,因此R=φ(t)也是可导函数,如果该函数出现常值函数区间,质点静止,受到的力是0,不是显含时间的力,下面不研究这个区间,去掉该常值函数区间,该函数的极值点可以把它划分为若干个单调区间,设D是该函数的任意一个单调区间,根据反函数的定义在该区间上存在反函数t=φ-1(R),在区间D上W=j(t)=j1(R)是位置的函数,对时间的偏导数等于0,F是保守力.由于在任意单调区间上成立,所以该结论在任何位置都成立,F=mA=ma=f是O1系中的保守力.
另证:F(r)=F1(R-ut),由于R=r+ut=r(t)+ut=φ(t)是关于时间t的连续函数,质点在任何时刻的速度都是唯一存在的,因此R=φ(t)是可导函数,如果该函数出现常值函数区间,质点做匀速直线运动,受到的力是恒力,不是显含时间的力,下面不研究这个区间,去掉该常值函数区间,该函数的极值点可以把它划分为若干个单调区间,设D是该函数的任意一个单调区间,根据反函数的定义在该区间上存在反函数t=φ-1(R),所以F(r)=F1(R -ut)=F1(R-uφ-1(R)=F2(R) (7)
仍然是位置的一元函数,对时间的偏导数等于0,不是显含时间的力.有些文献[38]仅仅从F=f(r)=F1(R-ut)出发得出显含时间的力,其实经过数学变换可以消去时间t,力经过伽利略变换后仍然可以表示为位置的函数,此时只能说是隐含时间的一元函数,文献[39~42]的观点是错误的.
力的保守性具有伽利略变换的不变性,才具有科学美.场的性质是它本身的属性,和坐标系的引进无关.引入或者选择某种坐标系是为了便于通过数学方法和进行计算和研究它的性质.济慈所说:“凡想象为美的东西必然是真实的——不管它以前是否存在”.韦尔也说过:“我的工作总是力求把真和美统一起来,但是当我必须两者选一时,我通常选择美.”
参考文献:
[1]梁天麟,周凌云.从惯性力场与引力场等效到经典动力学方程的不变性.黄淮学刊,第8卷第1期,1992(3):27~32.
[2]徐满平.惯性力的性质研究.池州师专学报,第14卷第3期,2000年8月:21~25.
[3]李子军.关于非惯性系机械能守恒问题的一点讨论.大学物理,1992(6):41.
[4]张建忠.对机械能守恒条件的讨论[J].集宁师专学报,2006,28(4):68~69.
[5]刘力.保守力场中圆运动的稳定性.济宁师范专科学校学报,第23卷第6期,2002(12):21~22.
[6]杨振东.离心力势能教学应用三例.物理通报,2020(4):15~17,21.
[7]吕宗禄.惯性力场和保守力场的等效性及其应用.工科物理增刊,2000:249~254.
[8]侯如松.惯性力是保守力吗.大学物理,1989(11):47,27.
[9]徐水源.惯性力为保守力的物理条件.常石教育学院学报,2005(3):63~65.
[10]房晓勇.动力学基本守恒定律在非惯性系的表述.纺织高校基础科学学报,第8卷第1期,1995(3):100~103,111.
[11]殷保祥.对非惯性系动力学方程的讨论.丝路学坛,1998年第2期,19~21.
[12]吴森.要求角速度一定为常矢量吗?——非惯性系机械能守恒定律的一个特例.五邑大学学报(自然科学版),第9卷第2期,1995:45~49.
[13]杨景芳,黄耀清.非惯性系中的“三大定理”与机械能守恒.大庆高等专科学校学报,第19卷第4期,1999年12月:27~29.
[14]林景波.非惯性系中机械能守恒与参照系选取无关的条件确定.通化师范学院学报,第30卷第2期,2009(2):27~29.
[15]马秀艳.非惯性系中机械能守恒定律.安阳师范学院学报,2012(5):120~121.
[16]杨习志,赵坚.关于机械能守恒定律是否满足相对性原理的探讨.物理教师,第41卷第5期,2020(5):65~67,72.
[17]舒幼生.力学.北京大学出版社,2005年9月第一版,2005年9月第一次印刷,85.
[18]杨子立.关于浮力的几点分析.绥化师专学报,2001(6):99~100.
[19]胡毅,阮士军.关于浮力的几点讨论.郧阳师范高等专科学校学报, 2004(12),Vol.24.No.6:7~8.
[20]张晓森,肖玉林.一类浮力问题的规律性分析.中学物理,2011(5),Vol.29.No.5:16~17.
[21]郑金.弹性势能公式的妙用.新课程(中),2011(8):143.
[22]屈志红.浮力是否是保守力.锦州师范学院学报,第21卷第4期,2002(12):67~68.
[23]照那木拉.关于浮力场概念的引入及其P的力能二重性.内蒙古民族大学学报(自然科学版),2002(6):558~560.
[24]胡义嘎.浮力是保守力.赤峰学院学报(自然科学版),第28卷第11期(上),2012(11):18.
[25]罗腊春.浮力与浮力做功.物理教师,第36卷第5期,2015(5):96~97.
[26]胡义嘎.浮力势能.内蒙古师大学报自然科学(汉文)版,1999年12月,第28卷第4期(增刊):31~33.
[27]胡义嘎.浮力势能及其四种表示方法.赤峰教育学院学报,2003年第5期:104,106.
[28]孙石,宋兆丽.水球浮力势能及弹射速度的计算.吉林师范大学学报(自然科学版),2003(8):108~109,113.
[29]高义华,鲁周超,李文川.阿基米德原理与浮力赝势能——在重力势能章节引入浮力之本质解释.物理,第50卷第6期,2021(6):402~404.
[30]赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程,高等教育出版社,2004年第二版,113~114.
[31]李学生.匀速圆周运动中的机械能守恒问题.论证与研究,2020年第8期:9.
[32]李学生.对一道困扰力学界五十多年习题的思考.百科论坛,2020年7月(上):74~77.
[33]刘明成,刘文芳,赵文桐.弹力机械能守恒定律在各惯性系都成立[J].物理通报,2015(12):109~111.
[34]李学生,师教民.对一道中学生物理竞赛试题答案的商榷.物理通报,2014(9):119~120.
[35]刘明成,赵文桐,刘文芳.引力机械能守恒定律在各惯性系都成立[J].物理通报,2015(6):123~124.
[36]张翠.斜面上下滑滑块机械能守恒问题新解.物理通报,2016(9):115~117.
[37]赵文桐,刘文芳,刘明成.重力机械能守恒定律在各惯性系都成立.物理通报,2015(3):96~98.
[38]谢永珠,凌寅生.物理定律在惯性坐标系间的形式不变性.物理教师,1999(7-8):68~69.
[39]白静江.机械能守恒定律的一个推广.黄淮学刊,1995(3):68~73,56.
[40]李卫平,罗洁.注意力的保守性和参照系的关系.中学物理,2013年3月第5期:42~43.
[41]刘瑞金.机械能相关问题的讨论.淄博学院学报(自然科学与工程版),2001(12):47~50.
[42]朱如曾.力场与时间有关系统的功能定理及其应用.大学物理,2016(10):11~16.
Correct several misunderstandings about conservative forces
Liu Ming-cheng
(College of Physics‚Hebei Normal University‚Shijiazhuang 050016‚China)
Abstract: First, the definition of a force field explicitly containing time (an unstable field) was given. Then it was proved that all inertial forces are conservative forces and that inertial forces are equivalent to gravitational forces, thus verifying Einstein’s equivalence principle. After that, it was demonstrated that all stable fields are conservative force fields, simplifying the definition of conservative forces. Finally, it was proved that the conservativeness of forces has the invariance under Galilean transformation, correcting the mistakes in some literature.
Key words:inertial force;gravitational force; equivalence principle; conservative force; stable field; force field explicitly containing time