据说,牛顿发现万有引力定律,是因为树上苹果掉落在头上而受到启示。
在这里,将引入一个新的定律--共核惯量守恒定律,论述在任意一个共核系中,所有质量物体都具有共核惯量,天体公转和自由落体运动都遵守共核惯量守恒定律,而且:
天体公转和自由落体运动是共核惯量守恒作用下的惯性运动,是物体不受任何力作用下的惯性态,与地球引力无关。
1 什么是共核惯量守恒定律和共核常量?绕同一核心旋转的所有天体及其质量物体,就叫做共核系。以共核地月系为例说明:
地球和月球,包括人造地球卫星构成了地月系,其核心是整体地月系的质心,可以近似看成地心,月球和所有惯性公转的人造地球卫星都绕地月系核心公转,从而构成共核地月系。
那么地球就是地月系的核心天体,月球和人造卫星是绕核公转的天体,月球或卫星质心到地月系核心的距离就叫做核心距离。
那么共核惯量守恒定律的内容就是:
在不受外作用下的共核系内所有公转天体,其质量、核心距离与其对应轨迹点公转速度平方的乘积始终保持守恒,这就是共核惯量守恒定律。
那么共核地月系内天体及其质量物体的共核惯量的计算公式就是:
(1)
其中,核心距离R与对应轨迹点公转速度V平方的乘积始终等于常量q,这个常量就叫做共核常量。即:
(2)
2 地月系天体的共核常量和共核惯量的计算下面列表计算地月系内所有公转天体的共核常量和共核惯量值:
(2-1)
由表值可以看到:在地月系内从月球的远\近点,到同步卫星,再到国际空间站,以及任意位置点卫星公转轨道,其共核常量值和单位质量共核惯量恒等,有:
(3)
把(3)式的这个常量值,叫做地月系的共核常量。
那么,单位质量共核惯量值就是地月系内质量为1kg物体的共核惯量值,即
(4)
这说明,所有卫星在地月系不同空间位置中,虽然轨道位置不同,核心距离不等,公转速度不等,但是其共核常量和单位质量共核惯量恒等,因此共核惯量处处守恒,这是共核惯量守恒定律的核心内容。
因此,只要测定出共核地月系任意空间位置点的核心距离,就能计算出该位置点的卫星公转速度,即:
(5)
上式中,已知核心距离,利用共核常量而计算出对应位置点的卫星公转速度,这个速度就叫做该位置点的惯性公转速度,这比利用万有引力定律计算显得简单而精确。
反过来 ,已知任意位置点卫星惯性公转速度,就可以计算该位置的核心距离,即:
(6)
这样,地月系任意空间位置点的重力加速度就是惯性公转速度平方与核心距离比,即:
(7)
根据共核常量公式,推导出空间任意点的重力加速度等于共核常量与核心距离的平方比。
由此,只要已知核心距离,就可计算出任意位置点的重力加速度,如图表(2-1),列出了从地球两极到月球轨道远\近点的重力加速度的值,在地月系空间,已知位置核心距离,就能计算出该点的重力加速度。
显然,质量物体处于任意空间位置点,其重力加速度与核心距离平方的乘积始终等于共核常量,即:
(8)
这表明,在地月空间任意位置点的质量物体作自由落体运动时,重力加速度与核心距离的乘积等于地月系共核常量,它与天体公转的共核常量恒等。
所以,对于地月系任意空间位置点做自由落体运动的物体,单位质量的共核惯量恒等,表示质量物体处于任何位置点作自由落体运动时的共核惯量是守恒不变的。即:
(9)
可见,处于任意位置点绕核公转的卫星和自由落体的质量物体,其单位质量共核惯量恒等,表明公转运动和自由落体运动始终保持共核惯量守恒。
这论证了公转和自由落体运动是具有共核惯量的质量物体的两种运动形式,都是不受任何外作用下的惯性运动,是不需要任何外力作用的惯性态运动方式,这是其禀性。
3 自由落体运动与苹果落地
上面计算结果表明:在地月系任意空间位置上,其质量物体绕核公转具有公转共核常量,而趋向核心作自由落体运动时具有加速度共核常量,且这两个常量在任何空间位置上都恒等,表示质量物体作惯性运动时的共核惯量始终守恒。
在自由落体运动中,共核惯量的物理意义就是:质量物体在任意位置点都具有确定的重力加速度而趋向核心运动,并且在任何轨迹点上保持共核惯量守恒。
自由落体运动是质量物体具有共核惯量而显现惯性运动属性,它必须具有加速度趋向核心运动才能保持共核惯量守恒。
因此,自由落体运动是质量物体具有共核惯量的禀性效应,是不受任何外力作用下的惯性运动,自然没有受到地球引力作用。
必须明白:具有共核惯量的质量物体其本性就是运动,与生俱来就是运动而非静止,也只有运动才能维持共核惯量守恒,因此在不受外力作用下物体相对共核系核心没有静止状态,运动是质量物体的天性,或绕核旋转,或趋向核心作自由落体运动,以此保持共核惯量守恒。
若质量物体相对核心静止,说明其一定受到力的作用而改变了其绕核(趋核)的惯性运动状态,而不要理解物体运动是受到力的作用,力仅仅是改变物体惯性运动状态的原因。
现在讨论苹果从树上掉下来的问题:
苹果挂在树上相对地面静止,这是因为苹果受到了树的牵引作用而不能作自由落体运动,当苹果脱落后,苹果开始恢复自由落体运动,即苹果不受力的作用了而恢复为自由落体的惯性运动状态,而不是受到地球引力开始作自由落体运动。
引力学说总认为苹果挂在树枝上是静止的,脱落树枝后朝向地心运动是受到地球引力作用,而共核惯量守恒定律则明确是:苹果具有地月系共核惯量,因此具有趋向地心作自由落体运动的属性,作自由落体运动就是不受力的自由运动状态,遵守共核惯量守恒定律。
当然,挂在树上的苹果处于静止状态是相对地面,而相对核心苹果随地球自转,随地球自转也是共核惯量守恒的一种运动状态,同样遵守共核惯量守恒定律,总之,公转和自转,以及自由落体运动都是不受力作用的惯性运动。(后述)。
当苹果作自由落体运动落在地面后,将停止自由落体运动,这是因为苹果受到了地面的支撑作用而改变了其自由落体的惯性运动状态,使得苹果在地面上随地球自转,苹果在地面上随地球自转。
因此,苹果挂在树上是随地自转运动,脱离树枝由自转运动变为自由落体运动,落于地面后再转变为随地自转运动,苹果的运动方式对不断发生变化,但苹果的共核惯量始终守恒,期间仅仅是惯性运动状态的变化,并不是受到地球引力作用。
总之,自由落体运动是不受任何外力作用下的惯性运动,在任何位置点的加速度常量恒等,始终遵守共核惯量守恒,是共核惯量作用下禀性运动,是共核惯量的属性效应,其终极是共核系核心。
所以,确定了共核惯量守恒定律,所谓地球引力仅仅是一个假想力,事实上根本不存在。
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