力和能量的联系以及区别，一读就懂

重新审阅力与能量的联系和区分

——灵遁者

人总是在否认自己，比来我就总是这样。看自己已经写下的很多工具，都感觉不可。让专业的人，去干专业的工作。关于物理的科普也好，关于物理的创新也吧，我早该停下来了。但就像我说的，我们的题目不会有最初一个。当你固执于一个工作的时辰，你以为你终究停下来了，但大脑中总会忽然冒出一些想法，让你不能不去思考。思考了又不由得写下来。

关于力和能量，我们很熟悉了。从牛顿起头至今300多年了，我们进修了这些常识，我们以为自己很领会这些常识了。但实在我们应当多回头去审阅这些界说和概念的切确性，究竟物理学是在成长中完善和递进的。审阅曩昔的学术，对于我们而言，百利无一害。

那末先来说说力。在先容力和能量的界说和概念之前，我问你，力与能量有什么联系？有什么区分？

力和能量都是笼统的概念，笼统才能是帮助我们去繁就简，看清事物本质的才能。力的界说是这样：力是物体对物体的感化，力不能离开物体而零丁存在。两个不间接打仗的物体之间也能够发生力的感化。力的单元是牛【N】，力的三要素是巨细，偏向，感化点。

能量的界说是这样的：能量是物资活动转换的量度，简称“能”。天下万物是不竭活动的，在物资的一切属性中，活动是最根基的属性，其他属性都是活动的具体表示。也可以表述为能量（energy）是质量的时空散布变化水平的怀抱,用来表征物理系统做功的本事。现代物理学已明白了质量与能量之间的数目关系，即爱因斯坦的质能关系式：E=MC。能量的单元与功一样是焦耳【J】。

OK，上面的内容是力和能量的界说，这都是初中的内容。现在我们来分析一下，看似很简单的内容，实在分析起来很复杂。力和能量都不是可以一句话说清楚的概念。在长达二个世纪之内，力和能量都是混淆的，法国学者科里奥利（Gustave Gaspard Coriolis,1792－1843）引进了功的概念后，力和能量的概念才被清朗的分隔来。

首先我们这样来抽丝剥茧，才能从本质上熟悉力和能量。教科书不会这样教你，但你要学会这样去思考。力和能量是怎样发生的？若何判定有力或有能量存在？那末要议论这个题目，先得聊聊惯性。惯性也本书中最重要的一个点。我频频夸大过，这个点是典范力学和相对论都绕不开的困难。了解了惯性，很多题目都好了解了。

看了前面的章节，你必定清楚了，对于惯性理论进献最大的一小我是伽利略。他是第一个对此题目有深入了解的人。但为什么他没有提出力和能量的概念呢？主如果他关于质量的界说是模糊的，所以他不能给出清楚的既适用于静力学，又适用于动力学的力的界说。但他的惯性道理指出，物体在不受外力感化的条件下，能持续作匀速活动。他把力和速度的变化联系在一路。废除了亚里士多德把力和速度联系在一路的持久的思惟约束，为牛顿把力和加速度联系在一路斥地了门路。

牛稽首先引入了质量的概念，而把它和物体的重力区分隔来，说明物体的重力只是地球对物体的引力。这里说的就是牛顿的第二定律。现在的动力学就是以牛顿第二定律为焦点，这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。所以说牛顿是力学系统的奠基人！

但牛顿也没有提出能量理论，最早提出能量理论的是莱布尼兹，阿谁时辰能量这个词叫“活力”。能量（Energy）这个词是托马斯·杨于1807年在伦敦国王学院讲自然哲学时引入的，针对那时的“活力”或“上升力”的概念，提出用“能量”这个词表述，并和物体所作的功相联系，但未引发重视，人们仍以为分歧的活动中蕴藏着分歧的力。读到这里大师应当晓得了，这个时辰，人们对于力和能量的概念，还是不清楚的。

我们现在的门生，包括我上学的时辰，初中就起头打仗力和能量了。但实在也就是能简单熟悉这两个概念，很少有门生能融汇贯通的了解，这并不简单。由于初中我们并没有学到微积分理论。

牛顿的理论根基还是静力学，后来的达朗贝尔和拉格朗日别离又拓展了牛顿的力学理论，使得动力学理论获得飞速成长。而他们所用的工具，自然就是微积分了。再往后，就是我们说到的托马斯杨了。托马斯杨实在最着名望的尝试是衍射尝试。这个我在《见微知著》中有具体先容。但他在那时还不太受接待，为什么这么说呢？他把他的理论印刷成书籍，听说只卖了一本，还是朋友买了。

再往后，就是上面提到了科里奥利。他提出功的概念，而且科里奥利起头将动能和功的概念利用到扭转的系统中，然后就有了现在著名的科里奥利力。普遍用于研讨气象，洋流等现象。

所以大致的研讨力和能量的历史，是这样的。最早实在属于哲学方面的熟悉。然后是亚里士多德的理论，不外亚里士多德的熟悉是经历性的。再后来就是伽利略【诞生1564.02.15-归天1642.01.08】。

伽利略归天不到半年，牛顿诞生了【1643年1月4日—1727年3月31日】。牛顿在伽利略的根本上，建立了力学系统。

和牛顿同时代的人物，布莱尼茨【1646年7月1日－1716年11月14日】在牛顿诞生三年后，也出世了。他起头研讨“活力”了。

还有一位叫惠更斯【1629年04月14日—1695年07月08日】，他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，他对力学的成长和光学的研讨都有精采的进献，在数学和天文学方面也有出色的成就，是近代自然科学的一位重要开辟者。他建立向心力定律，提出动量守恒道理。

莱布尼茨往后，别离是达朗贝尔，拉格朗日，托马斯杨，科里奥利。这四小我都是诞生于18世纪。假如是从伽利略起头算起的话，力和能量的熟悉，最少走了200年时候。200年的研讨历史还不够，后来麦克斯韦，爱因斯坦等又闪亮退场，再次革新了人们关于能量的熟悉——质能关系。所以这不简单。

上面算是简单回首了力和能量的研讨史。接下来该回答上面的提问了。

牛顿的惯性界说：惯性，是物资固有的属性，是一种抵抗的现象，它存在于每一物体傍边，巨细与该物体的质量相当，并只管使其连结现有的状态，非论是静止状态，或是匀速直线活动状态。

牛顿的惯性定律：任何物体在不受外力时，总连结静止或匀速直线活动状态，这就是惯性定律（牛顿第一定律）

本书中点窜后的界说以下：

惯性的界说：在引力场中，物体具有连结当下活动状态的性质，叫做惯性。

牛顿第一定律应当是这样的：在引力场中，物体所受外力为零的时辰，总连结当下活动状态的活动，叫牛顿第一定律。

不管是牛顿的界说，还是本书中点窜后的界说，都可以看出，力不是保持物体活动的缘由，惯性才是。

牛顿第二定律又揭露了力是改变物体活动状态的缘由。牛顿第二定律：物体加速度的巨细跟感化力成反比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成反比；加速度的偏向跟感化力的偏向不异。

总结：牛顿第一定律(惯性定律)是力的定性的界说，它给出力在什么条件下存在和什么条件下不存在的定性条件。牛顿第二定律给出了力的定量的界说，即力即是动量的时候变率；假如质量稳定，力也即是质量乘加速度。牛顿第三定律指出，对于每一个力而言，必有一巨细相称偏向相反的反感化力存在。它指出一切的力都是成对的，只在两个物体相互感化时才能实现(见牛顿活动定律)。

力的感化结果只要两点：1.力可以改变物体的外形，使物体发生形变。

2、力可以改变物体的活动状态（速度巨细、活动偏向，两者最少有一个会发生改变）。

那末假如一个物体发生了形变，大概发生了活动状态的改变，就一定有力存在。

力和能量而言，很明显，能量是更本质的工具。一个物体纷歧定是施力者或受力者，但一定具有能量。不管它处于什么状态，都具有能量。这就是爱因斯坦的进献。即使不利用相对论质能关系，也可以获得，不管物体处于什么状态下都具有能量的结论。

一个匀速活动的不受力的物体，有能量。活动自己具有动能。而由于万物都在活动，万物都遭到万有引力的影响，你找不到不具有能量的物体。

固然，一样也找不到完全不受力的物体。所以力和能量，能量是更底子的工具。那末现在往返答，力和能量有什么关系？有什么区分？

他们之间的联系就是功，实在上面已经说了。力对物体延续【时候】感化的积累，就是功。是物理学中暗示力对物体感化的空间的积累的物理量。而能量也是勤奋来暗示的，这不是它们之间的联系吗？

分歧点，和区此外地方，就在于能量是更底子的工具。你可以设想一个物体不受力，但你不能设想一个物体没有任何能量。由于某物体受力是有条件的，但某物体具有能量，是不需要条件的，有质量的物体，都具有能量。这不难了解。

而且在此书中关于质量的界说就是：质量是物体在相对时空中的一种物理属性，物体所包含能量的几多是物体质量的量度。

也可以浅显的说，能量是普遍存在的，力却不是普遍存在的。我们也晓得能量守恒定律，但没有听说过力的守恒定律。

实在力可以看做是能量的“表示”，没有无缘无故的力，哪怕是引力也是。必须有物资存在，才能说有引力。而爱因斯坦的拓展，就是告诉我们，质量和能量是一个工具，是一工具分歧的形式表述而以。质量具有惯性，能量也具有惯性。

这就是力和能量的区分和联系。还有一点，能量是守恒定律告诉我们，能量是永久存在的，不会衰亡。而力不是永久存在的，但记着，力的感化，力发生的感化结果实在是永久的。就似乎我们说的“蝴蝶效应。”蝴蝶用力煽惑同党，扇了一下，力感化于空气，空气又给蝴蝶一个力。力鞭策空气活动，空气又影响四周空气……也可以说，力转化为了能。

课本题目，和现实中碰到的题目还是有区此外。比如我给你留一个题目，你往返答一下。我们假定你作为成年人一拳可打出200N的力，你现在一拳打在空气中，假如按照感化力和反感化力相称，你会遭到一个反感化力，可是为什么你感受这个反感化力很小。而打在墙上，却疼的没法忍受？

你回答完这个题目，我再深化一下题目。你再想想该怎样回答。假如在真空屋间中空无一物，一个铁拳，晓得质量10kg，也晓得它的加速度到达了10m/s2。这时它一拳打在真空中。题目是力发生了吗？力的巨细应当是几多？

还有一个点，门生们应当很少会问这个题目，能够不是由于想不到这个题目，而是以为问这个题目傻。那就是力的传递速递是几多？

假如认真看完了此书的内容，你能够会对这个题目愣一下。但应当很快就能想大白，并不难。力包括很多力，比如重力、万有引力、弹力、磨擦力、份子力、电磁力、核力……但力的本质一样，都是物体对物体的感化。

那末就很清楚了，引力的传布速度是光速，那末力的传递速度上限就是光速。必定有低于光速的，比如空气振动发生的力，空气振动不能到达光速。

一样能量传递的速度上限，也是光速。光自己也是一种能量。

这一章的内容，要接近序幕了。在这里提一个和本章看似无关的内容，是读者在微信上问我的。他问我说：“你以为时候是没有曩昔，没有未来的，可是曩昔是实实在在的呀？你能说它是假的吗？虚拟的吗？”

首先本书中时候的界说是这样的：时候是物资在引力场中的位置以及活动速度的应变怀抱进程；它是物资存在的客观形式。

我是这样回答他的：从界说你可以看出，时候是夸大当下时候的。但不是说，时候是一个点，时候对具体物体而言，是一个点。但从宇宙万物来说，就是一个大的场。你可以了解为凹凸不服，快慢分歧的时候陆地。物体处于宇宙平分歧的位置，有分歧的质量和速度，那末时候流逝一定是纷歧样的。

不是说曩昔是虚拟的，不是说曩昔的时候是假的。曩昔是实在的，过的时候也是实在的。但说时候没有曩昔和未来，是为了说明，曩昔的时候不再是可以操纵的时候，它已经落空了“时候”的意义。未来也一样，未来的时候，还没有显现实在用性，你没法把曩昔和未来的时候操纵在你身上。只能说曩昔的时候，是既定的究竟事务，未来的时候，是未来的既定事务。

而且在前面章节，有说到过，时候，空间，物资是一体的，没法分手的这个概念。这就是我给这为读者的回答。

实在你仔细去想，从惯性，力，能量；惯性定律，楞次定律，和其他各类守恒定律，都可以从中感遭到万物的联系和万物的合作，一定是有缘由的，一定是同一的。我们不了解的工具，仅仅在于常识面还没有到达阿谁工具之上。我们需要做的，就是搭桥，当桥搭充足多的时辰，你会发现，本来通往阿谁我们不了解的地方的路，在这里啊。

摘自自力学者，科普作家灵遁者科普书籍《变化》。