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66663周前
在物理学中有一条铁律似乎永不动摇,那就是守恒定律。比如能量守恒,就是能量只能从一种形式转化为另一种,但总量不变。当你踢足球时,肌肉的化学能转化为球的动能,同时产生热能和声能。如果计算前后总能量,它始终相等。 或者你开车时,汽油中的化学能可以转化为汽车的动能,而动能又可以转化为热能。但无论如何转换,如果将所有形式加总能量,总量始终不变。此外还有动量守恒,动量包括包括线性动量和角动量,它是质量乘以速度的乘积。在孤立系统中,总动量保持不变。 比如你在打台球时,白球撞击彩球,其动量转移给彩球,但前后总动量相等。类似的原理也适用于角动量,描述系统的总旋转。当然还有其他守恒定律,如电荷守恒,也就是系统的总电荷量不会改变。电荷可以转移,但不能被创造或消灭。 以及将质量与能量结合的质能守恒。但无论是哪种守恒,长期以来,人们只是观察到这些定律的存在,却不知其所以然。直到后来科学家引入对称性的概念,一切才变得清晰。 在物理学中,对称性不是指蝴蝶翅膀或镜像对称,而是指物理定律在某些变换下保持不变。比如你今天做实验,明天重复相同实验,结果必然一致,这就是时间平移对称性,物理定律不因时间推移而变。同样,你在地球的两个地方做相同实验,结果相同,这就是空间平移对称性,也就是说,定律不依赖于位置。 宇宙没有特殊地点或特殊时刻,规则处处时时一致,就像镜像或旋转后的图形在外观上保持不变一样。物理学家和数学家将这种性质称为系统在该变换下具有不变性。1918年德国数学家艾米诺特提出,只要存在这样的对称性,就必然存在一种对应的守恒量,这一理论如今被称为诺特定理。 比如时间平移对称性导致能量守恒,空间平移对称性导致动量守恒。那么为什么能量会守恒呢?我们知道,在宇宙中,能量驱动运动,产生热,点亮光芒,甚至维系物质结构。它能从动能转为热能,或从电能转为声能,但能量从不凭空出现或消失。 为什么能量守恒?这就是因为宇宙的时间对称性。如果能量突然出现或消失,就意味着某个特殊时刻,定律在那时改变了,这违反了时间对称。那么宇宙就会像有魔法时刻一样混乱,每一次实验都有所不同。而现实中实验随时重复,结果都会相同,因此能量总量永恒不变。 接下来,我们再说说空间对称与动量守恒。空间平移对称性意味着物理定律在任何地方都相同,无论是地球还是银河系,或者遥远的仙女座星系。假设平静的水面上有两艘船,船上各有一个人。当其中一个人把篮球扔给另
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兔之5月前
动能和势能的“总量守恒”——机械能守恒定律 想象一下:你坐在滑梯顶端(位置高的地方),然后滑下来(位置变低,速度变快)。这个过程中,好像有一种“能量”在悄悄转换?这就是机械能守恒定律在起作用! 什么是机械能? •机械能是 动能 和 势能 的总和。 o动能: 物体运动具有的能量(速度越大,动能越大)。 o势能: 物体因为位置(如高度)或形变(如弹簧)而储存的能量(位置越高或形变越大,势能越大)。 机械能守恒定律说什么? 在一个特定的理想情况下: 物体的动能和势能可以互相转换,但它们加起来的“总量”(即机械能)保持不变! 这个“特定的理想情况”是什么?最关键! •只有重力或弹力在做功! 也就是说: o没有摩擦力消耗能量(比如滑梯很光滑)。 o没有空气阻力阻碍运动。 o没有其他外力(比如人推、机器拉)额外输入或输出能量。 生活中的例子: 1.理想滑梯(无摩擦): 滑到顶端(位置高,势能大,速度慢,动能小)→ 滑到底部(位置低,势能小,速度快,动能大)。势能减少的量 = 动能增加的量,总和不变! 2.摆动的单摆(忽略空气阻力): 摆到最高点(势能最大,动能为零)→ 摆到最低点(势能最小,动能最大)。动能和势能来回转换,总量守恒。 3.光滑斜坡滚下的小球: 原理同上。 重要提醒: •现实中总有摩擦或阻力: 所以滑梯会发热(机械能变成热能),单摆最终会停下(机械能被消耗)。这时,总的能量(机械能+热能等)还是守恒的(能量守恒定律),但单纯的机械能不守恒了。 •核心价值: 这个定律让我们能在理想无耗散的情况下,轻松计算物体在不同位置的速度或高度。比如,知道滑梯顶的高度,就能算出滑到底的速度(不用管中间过程)! 总结: 当只有重力或弹力“打工”时,动能和势能就像两个互相倒水的杯子,水(能量)的总量不变!理解它,是分析很多运动问题的关键钥匙。##高中物理#高中物理学习方法 #高中物理知识点 #物理学习分享 #女性独立
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🔥🏒🏂⛸效率和节能:化学能和机械能的转化 在冰上真正“快而省”的秘密,不在腿有多粗,而在蹬冰角度与力线是否把地面反力(GRF)精准投向速度方向。冰面的摩擦极低,任何一丝“错向用力”都会被滑走成侧向漂移或垂直无效分量;只有当刀刃的入冰角、躯干前倾角、骨盆侧倾与髋外展/外旋共同把合力“拧”向推进方向,肌肉的化学能才最大化转成机械功。你在地面用斜板+安全绳训练,实质是在把“角度—向量—时序”固定下来:斜板模拟刀刃入冰时的边角与倒刃,安全绳提供反向牵引,迫使你在低摩擦假设下维持中线与力线,不让身体在大角度中“倒账”。 角度绝不是统一模板,它是任务约束×个体结构×速度区间的解。冰球强调频繁换向与横向爆发,最佳蹬角更侧向;速滑追求长程滑行与高巡航速度,蹬角更“外展向后”且与躯干前倾形成稳定耦合。个体层面,骨盆宽/股骨颈干角影响可用的髋外展与外旋角度;胫股比、股胫比改变胫骨前倾与刀压的便捷性;跟腱与髌腱的顺应性决定在相同接触时间内能否储放并快速释放弹性能;踝背屈活动度与足弓短程刚度决定“刀压—力线—质心”是否共线。比例越“长腿短躯干”的孩子,通常需要较小躯干前倾配合更侧向的力线;骨盆窄、外展力量弱的孩子,蹬角过大只会变成内扣与骨盆摇摆,反而慢。 蹬冰角度是把力量变成速度的“变速箱齿比”。齿比不是越大越好,而要与孩子的骨骼比例、腱性与速度目标匹配。找对角度,力量就“上车”;角度错了,再强的腿也只是帮你“打水漂”。训练中请少谈“更用力”,多谈“力往哪儿、何时出、出多久”,这才是顶尖教练共同遵循的角度学。
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