第五章 机械能及其守恒定律一 、 追 寻 守 恒 量在对物质运动基本规律的探究过程中 ,守恒定律的研究占了重要的地位．从历史发展过程来看,无论是经典物理学还是近代物理学 ,一些重要的守恒定律常常早于普遍的运动规律而被认识．质量守恒、能量守恒、动量守恒、电荷守恒就是人们最早认识的一批守恒定律 ,这些守恒定律的确立为人们认识普遍运动规律提供线索和启示, 是人们最终认识普遍运动规律不可缺少的重要环节．益智科学玩具牛顿“秋千”是三百多年前牛顿所 发 明 的 仪 器 （ 如 图 5—1 所 示 ） . 我 们 用 牛 顿 “ 秋千”来演示如下内容： ①把球1 向左拉高释放 , 撞向其余静止的四个球 , 将会发生什么现象？ ②如果把球1 和球2 一起向左升起 , 同时释放 , 将会发生什么现象？③同时升起并释放 3 个球又将如何？ ④把球1 向左升起, 球5 向右升起, 同时释放这两球, 将看到什么现象？⑤左边拉起两个小球, 右边拉起一个小球, 同时释放两球, 观察到什么有趣现象？……你的猜测和实验结果一致吗？在小球的弹性碰撞现象中, 落下的小球碰撞后立即静止, 而弹起的小球个数与释放的数量一样 ,“ 聪明”的小球弹起的高度与释放小球时的高度相同. 如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略 , 上述现象可以一直持续下去. 上述事实说明此过程中一定“有物理量是守恒的” .永 动 机 这 一 类 ‘ 发 明 创 造 ’ 层 出 不 穷 ,但 所 有这 些 设 计 无 不 以 失 败 告 终 .这 是 为 什 么 呢 ?17世 纪 ,英 国 有 一 个 关 在 伦 敦 塔 下 的 犯 人 马 尔 基 斯 做 了 一 台转 轮 永 动 机 ,转 轮 的 直 径 约 4.3米 ,有 40 个 各 重 23公 斤 的 重 球 沿 转 轮 辐 向 向 外 运 动 ,使 力 矩 增 大 ,如图 5—2 所 示 .据 说 他 曾 向 英 国 国 王 查 理 一 世 表 演 过这 个 装 置 ,国 王 见 了 十 分 高 兴 ,就 释 放 了 他 .但 这个 方 案 明 显 是 违 背 能 量 守 恒 定 律 的 .其 实 ,右 侧 的重 球 向 外 运 动 使 力 矩 增 大 时 ,左 侧 的 重 球 力 矩 也 大 ,机 器 转 动 的 能 量 在 转 动过 程 中 因 空 气 阻 力 和 摩 擦 力 的 作 用 ,转 变 成 其 它 能 量 而 越 来 ...
