【問題】功與能的矛盾

xenppp

由 xenppp,
在 物理版

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xenppp

xenppp 10

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所謂的能量轉換是甚麼?

課本上給的解釋為功作為能量轉換過程

能量本質上是一種狀態量

而作功為轉換能量的一種手段

課本上提到以下例子作為解釋:

今甲生拿一鐵槌將釘子釘入牆壁

甲生對鐵槌作正功，鐵槌獲得動能

課本解釋為作功可以轉變為動能

然後具有動能的鐵槌對釘子作正功將釘子釘入牆壁

課本解釋鐵槌因具有動能，動能可對外作功將釘子釘入牆壁

上下兩件事合起來就是:

一力對物體作功可轉換為動能

具有動能可轉換為對物體作功

功作為能量的轉換過程

這時問題發生了:

鐵槌具有動能可對釘子作功(此為課本敘述)

但是鐵槌對釘子施一力作正功

同時釘子亦施反作用力對鐵槌作負功

在我的想法裡，假若鐵槌動能轉換成對物體作功

那鐵槌的動能應是因轉換成對釘子作正功而減少

但實際上鐵槌的動能應是因釘子對鐵槌作負功而減少

也就是釘子所施的反作用力所作負功而減少

而非因動能直接轉換為對物體作功所造成能量減少

這是混亂我最嚴重的地方

如此一來

能量轉移的模型變得相當不明確

所謂能量轉移在holidays第8版中也有指出:

能量轉移的「轉移」兩字會令人混淆

能量轉移並不是像物質的流入或流出

而是像電子帳戶般一物減少一邊增加

就好比鐵槌動能減少，而釘子動能增加

中間並沒有任何物質流動

完全顛覆了從小到大我對能量的想像:

能量能如水流般的傳遞般的傳遞

從一物連續的傳到另一物

但實際上並不是如此

而是跳躍式的

從一物跳到一物

而且傳遞過程是問題的核心

課本上敘述動能可轉換為對物體作功

那這樣鐵槌的動能應是因轉換成對釘子作功而減少

但實際上是因釘子作的負功造成鐵槌動能減少

但是課本上並沒有明確指出正功和負功的意義為何？

若動能是藉由對物體作正功而轉移

那此時負功的意義為何? 這是我的第一問題

所謂的能量轉移和作功的關係又該如何定義?

既然能量轉移並不是如流質般流入和流出

那一邊減少 ，一邊增加的方式，叫作轉移是否太牽強?

因為鐵槌動能是因受反作用力作負功而減少

而釘子受鐵槌施作用力作正功而獲得動能

釘子和鐵槌時只不過是受到作用力和反作用力各自作功

造成各自的動能變化

哪來的能量轉移?

這是我的第二問題:

能量真的會轉移嗎?

為何近百年來，沒人對能量轉移提出質疑?

我認為一定是我對書本內容有誤解

為此我翻了不少書，但是依然毫無所獲，不得其解

請高手指點迷津，告訴我思考哪裡出問題了?

並解決上面兩大難題

謝謝!

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cty3162

cty3162 10

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抱歉我稍微想了一下...然後也被搞混了...(意思就是說說錯請不要打我!!!)

槌子在打鐵釘的時候

1.槌子本身所具有的動能被物體做負功而消掉了

2.物體本身具有的動能為零,因為對槌子做負功,所以本身具有了能量(F = mv/t-->W = FS)

3.物體有了動能,槌子沒了功...

能量"移轉"那部份,我也贊同

我是覺得一加一減所以有人稱之移轉

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typhoonss821

typhoonss821 10

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我是這樣想的...

功的定義是力對位移積分的結果，也就是能量的變化

如果積分值大於0則為正功，小於0即負功

在將釘子錘入的過程中

對釘子來說

受力與位移同方向，積分出來的結果大於0

即外力作正功，所以釘子產生動能

對鐵鎚來說

受力與位移反方向，積分出來的結果小於0

外力作負功，鐵鎚動能減少

由第三運動定律+積分運算得知

釘子增加的能量與鐵鎚減少的能量等值異號

此一現象就好像能量由鐵鎚轉移至釘子似的

所以才有能量轉移的說法...

希望有幫到你^^

還有......是Halliday才對喔

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阿北

阿北 10

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我是把功能的關係當成錢的關係來想耶

正功等於增加錢

負功等於減少錢

假設A身上有10元硬幣 B身上沒有錢

如果是A對B做功

就像A給B10塊錢一樣

A減少10元 B增加10元

但是10元硬幣並沒有不見

"移轉"這個詞

我覺得有時候拿來解釋會很好用

可是明確要解釋似乎又有點不太正確Orz

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hellwd0217

hellwd0217 10

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能量轉移並不是像物質的流入或流出

而是像電子帳戶般一物減少一邊增加

並不是這樣吧???

為何鐵鎚能打動釘子？

是因為鐵槌對釘子施予正向力

為什麼會有正向力？

正向力是因為鐵槌內的電荷太過靠近釘子內的電荷所產生的靜電排斥

所以鐵鎚跟釘子之間其實是電磁力作用

電磁力是什麼？

就是一個電荷以電磁場來影響另一個電荷

這兩個電荷之間透過電磁場交換了能量

所以說

能量是靠"場"來傳遞的

而場本身亦能儲存能量

也因此可把場看成是一種媒介

並不是像一邊下降的"同時"，另一邊上升

因為場傳遞的速度不是無限大

^o)

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typhoonss821

typhoonss821 10

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並不是這樣吧???

為何鐵鎚能打動釘子？

是因為鐵槌對釘子施予正向力

為什麼會有正向力？

正向力是因為鐵槌內的電荷太過靠近釘子內的電荷所產生的靜電排斥

所以鐵鎚跟釘子之間其實是電磁力作用

電磁力是什麼？

就是一個電荷以電磁場來影響另一個電荷

這兩個電荷之間透過電磁場交換了能量

所以說

能量是靠"場"來傳遞的

而場本身亦能儲存能量

也因此可把場看成是一種媒介

並不是像一邊下降的"同時"，另一邊上升

因為場傳遞的速度不是無限大

^o)

對你的正向力來源不太能接受.....

照你這麼說，手搥桌子會痛是電磁場造成的囉??

依此解釋，如果鐵鎚改成木槌情況應該會不一樣吧??

我覺得這個問題用巨觀來看就很清楚了

不需要用到微觀解釋......

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hellwd0217

hellwd0217 10

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場可以傳遞能量?

有人提出啊...預言電磁波那個...

應該說場本身攜帶能量

電磁波就是一小束的電磁場

對你的正向力來源不太能接受.....

照你這麼說，手搥桌子會痛是電磁場造成的囉??

依此解釋，如果鐵鎚改成木槌情況應該會不一樣吧??

我覺得這個問題用巨觀來看就很清楚了

不需要用到微觀解釋......

木槌內還是有質子電子

巨觀當然也可以啊

不過我是針對"能量傳遞之間沒有物質流動"作發言的

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xenppp

xenppp 10

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  • 作者
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我想南山高中同學講得比較貼近事實

因為鐵槌敲擊釘子

鐵槌跟釘子在巨觀尺度下會重合

但是在微觀尺度上絕對不會重合

因為電子和電子間會互相排斥

質子和質子間會互相排斥

固在巨觀看起來密合的兩物其實在微觀尺度下並不密合

又自然界的四大基本作用力為萬有引力、 電磁力、強力、弱力

在微觀尺度下

萬有引力相對於電磁力變得微弱

鐵槌與釘子接觸的表面原子和原子間互相排斥

巨觀形成作用力與反作用力

鐵槌的動能經由反作用力所作負功

轉換成微觀尺度下的電位能

在藉由電力作正功將電場儲存位能釋放到釘子轉換成動能

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cty3162

cty3162 10

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那大家認為作功是甚麼?

有力有位移,兩者內積

要位移勢必須要能量,所以會有能量變化...

因為我還是小小的高二生,所以樓上一堆都不是很懂

既然是槌子敲鐵釘,有關"所謂能量移轉是鐵釘跟槌子的一加一減還是鐵釘給予槌子能量"的問題為什麼會變成"電子質子會相互排斥所以其實兩者不會碰到"的說法?

巨觀微觀其實我並不了解其中所有的涵義

但是物理板幾乎每篇都會有這樣的問題,明明一個問題回復到後來卻明顯的偏離了主題...這是回覆制度的缺點嗎???

說到這裡...我好像也偏離了主題了= =

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ijsfkira

ijsfkira 10

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那大家認為作功是甚麼?

功=施力x「施力點」(非常重要XD)位移

單純從牛頓力學角度而言

事實上完全可以把功與能當成只是計算方便的工具

要討論作功與能量的邏輯關係

事實上這是熱力學問題

本來想寫一篇的

不過到時候問問題大概不少 請原諒我太懶了XD

話說回來

其實我根本不知道這整篇argue的到底是甚麼

在我看來其實根本就不重要XD

所謂的「能量非流水般傳遞 而是像電子帳戶一般」的敘述

只不過是在告訴你量子論罷了

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xenppp

xenppp 10

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  • 作者
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能量被定義為能對外作多少功的可能性

但是沒能量的物體也能對外作功啊!

像A木塊撞上無初速的B木塊

B木塊也對A作功

只是是負功

我想能量是對外作正功的可能性

能量是真實的量

而作功是真實的動作

作功會造成能量狀態的改變這也是看得到

由孤立系統能量和的代數值為一定值的能量守恆也是事實

以上這些都是事實

就像歷史事實般具客觀性

而所謂「能量轉移」、「能量轉換」不過是我們基於以上事實所給的詮釋

不管是功與能的轉換、能量轉移的關係都是我們的解釋

能量是一種狀態量，狀態能轉移嗎?

所以我認為不管是功與能的關係，還是能量轉移都是我們人類賦予的一種解釋

也就是如歷史解釋般

是我們理解自然的一種想法

事實上自然界中「看得到」的部分

只有力在作功造成能量之間的改變達成一定恆定量這事實罷了!

這是我的想法

請大家幫我看看正不正確?

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  • 2 weeks later...
無神論的數學白痴

無神論的數學白痴 10

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我也很同意

當我們甩動手臂和鐵槌棒接觸，此時棒上的原子因為手到大於摩擦力的力量並且和手掌分子靠近，發生排斥作用，所以獲得了能量，並且在傳輸過程下造成整支鐵槌的運動(有力矩所以旋轉)，當鐵槌敲擊釘子時也是類似過程。

自然界基本作用力只有四種：重力、電磁力、強以及弱交互作用力

大部分的接觸力(日常觀測下)，都是因為原子間的電磁交互作用所發生的

在牛頓的時代不懂這些，利用做功這樣的定義可以解釋物體間交互作用(力作用)後產生的能量變化，並且便於計算而產生，但實際上嚴謹的定義並不能直接轉移，自然界的東西不是符合數學計算就可能發生的(就像化學的不能憑空創造反應式，有些東西實際上的分子轉移式過於困難的)

作用力和反作用力原理實際上也是有問題的(我是在李怡嚴大學物理學裡看到)，力傳遞是需要時間的，動量守恆是比較嚴謹的。

by 對物理一知半解的狂熱者

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