淺議組合式機(jī)械能

羅正

摘? 要：要想在保證機(jī)械能守恒的前提下對(duì)外做功的同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)，這就要保證一個(gè)裝置可以具備放大機(jī)器本身所產(chǎn)生的機(jī)械能的功能。這樣的裝置只要加入杠桿原理或者多米諾骨牌效應(yīng)，就可以做到放大機(jī)械能的功能。在中國(guó)有句古話(huà)，四兩撥千斤，這就是機(jī)械能永恒最有力的證明。在21世紀(jì)的今天，全世界都在關(guān)注可持續(xù)發(fā)展、綠色能源等這些這個(gè)問(wèn)題，因此一個(gè)純機(jī)械的能源將會(huì)是不可替代的重要能源，也將是未來(lái)的終極能源之一。

關(guān)鍵詞：工業(yè)革命? 杠桿原理? 四兩撥千斤? 多米諾骨牌效應(yīng)? 能量守恒? 永恒不息的能源

中圖分類(lèi)號(hào)：S218 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（c）-0078-03

Discuss on Combined Mechanical Energy

LOU Zheng

（Yunnan Vocational College of Mechanical and Electricity， Kunming， Yunnan Province， 650000 China）

Abstract： In order to achieve power cycle while doing external work under the premise of ensuring the conservation of mechanical energy， it is necessary to ensure that a device can have the function of amplifying the mechanical energy generated by the machine itself. Such a device can amplify mechanical energy by adding lever principle or domino effect. There is an old saying in China that four or two thousand kilograms is the most powerful proof of the eternity of mechanical energy. In the 21st century， the world is concerned about sustainable development， green energy and other issues， so pure mechanical energy will be an irreplaceable important energy， and will be one of the ultimate energy in the future.

Key Words： Industrial revolution; Leverage principle; Four or two thousand catties; Domino effect; Energy Conservation; Eternal energy

所有發(fā)起工業(yè)革命的國(guó)家都開(kāi)啟了一個(gè)時(shí)代的新紀(jì)元，英國(guó)在歐洲并不是最大的國(guó)家，卻能夠脫穎而出，成為世界第一的日不落帝國(guó)。第一次工業(yè)革命是以1765年哈格里夫斯發(fā)明珍妮紡紗機(jī)為標(biāo)志的，而哈格里夫斯最初也不過(guò)只是一個(gè)小商人，卻同樣成為了推動(dòng)世界的一部分力量。

第二次工業(yè)革命是指資本主義國(guó)家在19世紀(jì)中期所發(fā)生的一場(chǎng)經(jīng)濟(jì)革命。此次革命促成了電器的廣泛使用、內(nèi)燃機(jī)的使用以及通訊事業(yè)的發(fā)展，人類(lèi)由此進(jìn)入“電氣時(shí)代”。第二次工業(yè)革命促進(jìn)生產(chǎn)力飛躍發(fā)展，改變了社會(huì)面貌，形成西方先進(jìn)、東方落后的局面，促使資本主義國(guó)家轉(zhuǎn)化為帝國(guó)主義國(guó)家，促進(jìn)了世界殖民體系的形成，使得資本主義世界體系最終確立，世界逐漸成為一個(gè)整體。這兩次能源革命奠定了之后數(shù)百年的時(shí)代基礎(chǔ)。由此看來(lái)，工業(yè)革命即人類(lèi)文明的重要推動(dòng)力。

1? 劃時(shí)代的革命

（1）人類(lèi)的所有革命都必須運(yùn)用在機(jī)器上面用機(jī)械能做功才能創(chuàng)造價(jià)值。在人類(lèi)社會(huì)中，工具對(duì)于我們的意義可謂不可替代，因?yàn)楣ぞ咦屓祟?lèi)成為地球上名義上的主宰者，看看現(xiàn)在高科技如此發(fā)達(dá)的今天，倘若一個(gè)幾歲的孩子如果手中握著一把手槍或是鋒利無(wú)比的利器，那么即便是一位格斗家、一位拳擊高手都得怕他三分，正所謂：武功再高，也怕菜刀;功夫再好，一槍撂倒。這就是工具的力量，而機(jī)器就是我們的工具，因此我們的每一次工業(yè)革命都是在為改造我們的工具中來(lái)提高我們的能力，而未來(lái)的智能機(jī)器也必須如此才具有真正的價(jià)值。也就是說(shuō)，未來(lái)的智能機(jī)器如果不以工具為核心來(lái)生產(chǎn)，那么這樣的機(jī)器人是不具備它本身的真正價(jià)值的，甚至?xí)o人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難。

在東方，中國(guó)在數(shù)千年前的機(jī)甲術(shù)或是術(shù)甲術(shù)可以說(shuō)是機(jī)械工具的先驅(qū)了，要知道，那幾乎是用全機(jī)械化驅(qū)動(dòng)的機(jī)器了，可惜的是，這樣的傳承似乎斷絕了，為了打造這樣的純機(jī)械動(dòng)力的機(jī)器，人類(lèi)為此做出了無(wú)數(shù)努力，最后終于找到了答案。

（2）古希臘科學(xué)家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言：“假如給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬動(dòng)地球！”這句話(huà)有著嚴(yán)格的科學(xué)根據(jù)。運(yùn)用幾何學(xué)通過(guò)嚴(yán)密的邏輯論證，得出了杠桿原理，F(xiàn)1·L1=F2·L2。這樣的公式如同多米諾骨牌一樣，初始的一個(gè)微小力量到最后可以推倒一座大山，這就是只要有合適的杠桿，再找到一個(gè)恰到好處的支點(diǎn)，那么地球一樣重的物體也能被撬動(dòng)。既然如此，筆者想：中國(guó)古代的機(jī)甲術(shù)或術(shù)甲術(shù)也就可以找到其原理了吧。

（3）在物理學(xué)有個(gè)能量守恒定律，在1801年由托馬斯·楊提出。即熱力學(xué)第一定律，指在一個(gè)封閉（孤立）系統(tǒng)的總能量保持不變。其中總能量一般說(shuō)來(lái)已不再只是動(dòng)能與勢(shì)能之和，而是靜止能量（固有能量）、動(dòng)能、勢(shì)能三者的總量。 能量守恒定律可以表述為：一個(gè)系統(tǒng)的總能量的改變只能等于傳入或者傳出該系統(tǒng)的能量的多少?？偰芰繛橄到y(tǒng)的機(jī)械能、熱能及除熱能以外的任何內(nèi)能形式的總和。如果一個(gè)系統(tǒng)處于孤立環(huán)境，即不可能有能量或質(zhì)量傳入或傳出系統(tǒng)。對(duì)于此情形，能量守恒定律表述為：“孤立系統(tǒng)的總能量保持不變?！蹦芰考炔粫?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能量的總量保持不變。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。能量守恒在現(xiàn)實(shí)中會(huì)因?yàn)槟Σ亮蚴瞧渌淖兞肯牡羰沟脽o(wú)限循環(huán)運(yùn)動(dòng)的情況不可能發(fā)生，

早在1200年前由印度傳出永動(dòng)機(jī)開(kāi)始到現(xiàn)在這么多年來(lái)，有無(wú)數(shù)人包括科學(xué)家或是業(yè)余探索者在內(nèi)的人都在試圖制作出永動(dòng)機(jī)，可是最終都以失敗而告終。機(jī)械表是一個(gè)純機(jī)械做功的機(jī)器，可是依舊需要不定期的調(diào)動(dòng)，但是，機(jī)械表確實(shí)是讓我們看到了這種天然的，取之不盡、用之不竭的純機(jī)械能的前景。倘若我們?cè)跈C(jī)械表中加入一個(gè)裝置，可以代替人工調(diào)動(dòng)的機(jī)械表，這樣是否就意味著這個(gè)機(jī)械表可以永久做功了呢？那么，如果我們把這樣改造過(guò)的機(jī)械表里所有的裝置都放大后復(fù)制到其他設(shè)備或是機(jī)器上，是否也意味著這樣的設(shè)備或機(jī)器也能夠永久做功了呢？是的，的確是這樣的，這樣的設(shè)備可以包括家用電器、電動(dòng)車(chē)、汽車(chē)、輪船、還有飛機(jī)等一切需要機(jī)械能做功的機(jī)器或設(shè)備上面，可以使得這些工具擁有源源不斷的能量。

2? 永恒不息的能源

（1）在一臺(tái)裝有仿照機(jī)械表裝置原理制造的任何一臺(tái)大型機(jī)器中加入一個(gè)取代人工調(diào)試的裝置，這臺(tái)機(jī)器就可以憑著純機(jī)械能循環(huán)做功了，而且在所有零部件都完好無(wú)損的情況下，是可以永恒運(yùn)轉(zhuǎn)的。那么，這樣一個(gè)裝置如何設(shè)置呢。

（2）要想在保證機(jī)械能守恒的前提下對(duì)外做功的同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力循環(huán)，這就要保證一個(gè)裝置可以具備放大機(jī)器本身所產(chǎn)生的機(jī)械能的功能。這樣的裝置只要加入杠桿原理或者多米諾骨牌效應(yīng)，就可以做到放大機(jī)械能的功能。在中國(guó)有句古話(huà)，四兩撥千斤，這就是機(jī)械能永恒最有力的證明。

（3）假如一個(gè)10N的物體從高一米的地方掉下去，根據(jù)mg=G10×9.8×1=98N這樣的物體如果要想把它重新抬到1m高的地方去，必須得要有大出98N的力才行，首先因?yàn)?8N摩擦-其他損失的力=物體最終所剩下的力，而這才是最終對(duì)外做功的力。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)橛心Σ亮推渌庾枇Φ那闆r，所以要想靠著物體從高空墜落時(shí)所產(chǎn)生的重力勢(shì)能再做功，再把這個(gè)物體運(yùn)送到之前的位置上幾乎是不可能的，可是依據(jù)四兩撥千斤的杠桿原理或是依據(jù)多米諾骨牌效應(yīng)，我們只需外加幾個(gè)兩倍或是多倍轉(zhuǎn)換力的裝置，并且可以使得這個(gè)裝置可以做功后還原的設(shè)計(jì)，這個(gè)物體就可以每次都能靠著這個(gè)力回到原位，于是機(jī)械能永恒就可以很高效地運(yùn)用在我們的生活中了。

如圖1所示，如果這個(gè)98N的重物F1以本身的重力勢(shì)能作為動(dòng)力，根據(jù)F1×Li=F2×L2可以知道，想要F1發(fā)揮出足夠大的力，就得需要L1比L2大得足夠多，在不考慮材料方面的問(wèn)題的時(shí)候，當(dāng)L2×L1=0到+～（正無(wú)窮）可以得到L1×F1=L2×F2=0到+～（正無(wú)窮大），L1，L2正比于F2，L2反比于F2。

事實(shí)上，所有的科學(xué)家們之所以認(rèn)為永動(dòng)機(jī)是不可能的，原因就在于，他們只用同一種機(jī)械能做功，然而在這種情況下，在機(jī)械能守恒的前提下當(dāng)然不能做到永恒運(yùn)轉(zhuǎn)了，可是倘若我們加入幾個(gè)外力，而這個(gè)外力又是獨(dú)立的話(huà)，永動(dòng)機(jī)就成為了必然。

作為獨(dú)立的外力，像彈簧及橡皮筋的彈力，像磁鐵、電磁鐵的磁力，這些都可以作為獨(dú)立可自動(dòng)還原的外力，把它們加入里面，如圖2所示，這樣的外力不僅能夠抵消所有的阻力，而且還能使L1還原。

如果用實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)證明，就可以看到當(dāng)L1=3，F(xiàn)1=10N，L2=1時(shí)，由L1×F1=L2×F2=3·10=1·30=F2。F2變?yōu)榱薋1的3倍，從這3倍的力里拿出來(lái)10N還給F1，就是30N-10=20N，在用這20N減去摩擦力及其他損失的力之后的F2同樣可以對(duì)外做。再加圖2中所示F3這個(gè)可以讓L1還原的力，這樣就形成了一個(gè)有效的循環(huán)。于是機(jī)械能永恒在不違背能量守恒的前提下也能成為現(xiàn)實(shí)。

3? 結(jié)語(yǔ)

純機(jī)械能也可以在滿(mǎn)足能量守恒的前提下實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的永久循環(huán)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王偉.機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題與改進(jìn)策略[J].湖南中學(xué)物理，2019，34（9）：93-94，96.

[2] 江子川.機(jī)械能守恒定律在高中物理解題中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新區(qū)，2018（11）：71.

[3] 黃予.能量守恒定律的應(yīng)用[J].科技資訊，2017，15（34）：17-19

[4] 遲明遠(yuǎn).淺析高中物理機(jī)械能守恒學(xué)習(xí)技巧[J].中國(guó)高新區(qū)，2018（6）：115.

[5] 岳巍巍，趙永.傳送帶模型中“功能關(guān)系”與“能量守恒”的對(duì)比分析[J].物理通報(bào)，2018（1）：30-32.

[6] 吳學(xué)坤.促進(jìn)高中生物理深度學(xué)習(xí)的教學(xué)策略研究[D].曲阜師范大學(xué)，2019.