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當(dāng)用力壓縮彈簧后,彈簧的質(zhì)量會變的更重嗎?

發(fā)布于:2018-05-31 10:54:52
有人說,化學(xué)質(zhì)量守恒定律只能說“大約”守恒,因?yàn)橛心芰孔兓砸欢ㄓ匈|(zhì)量的增加會虧損。那么壓縮彈簧后,彈簧的勢能增加(或者我舉起一杯水),難道質(zhì)量也會增大嗎?

從化學(xué)反應(yīng)跟核反應(yīng)一樣有質(zhì)量變化,領(lǐng)悟到壓縮彈簧(或者舉起一杯水,或者諸如此類任何的有能量改變的過程)同樣也有質(zhì)量變化。

對于還感到疑惑的朋友,再稍微多解釋一點(diǎn)。

典型的反對意見是像這樣:“化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子的重新組合,原子類型不會改變,總數(shù)量不會改變。而核反應(yīng)本質(zhì)是中子的消失,表現(xiàn)為原子類型變?yōu)槠淞硪煌凰?,和能量的出現(xiàn),這是有本質(zhì)區(qū)別的。”


化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)確實(shí)是原子的重新組合,原子的類型和數(shù)量不變,這些都很正確。更具體而言,質(zhì)子、中子和電子的數(shù)量都不變。但是,這些粒子的數(shù)量不變,總的質(zhì)量就不變了嗎?

答案是:錯了!

這種想法的根本問題在于,認(rèn)為每一種粒子都有個不變的質(zhì)量,比如說這個原子中的一個電子和那個原子中的一個電子具有相同的質(zhì)量。但實(shí)際情況是,每一種粒子都有個不變的“靜質(zhì)量”,即它單獨(dú)存在、速度為零時的質(zhì)量。當(dāng)它和其他粒子作用時,如果能量有改變,質(zhì)量就有相應(yīng)的改變。這正是相對論質(zhì)能關(guān)系E = m c^2決定的,否則你覺得質(zhì)能關(guān)系說的是什么?

說得再明確一點(diǎn),單獨(dú)存在的質(zhì)子(即氫原子核)的質(zhì)量,不等于氦原子核中質(zhì)子的質(zhì)量。氫原子中電子的質(zhì)量,不等于氦原子中電子的質(zhì)量。當(dāng)然,由于光速很大,這些質(zhì)量差別很小,但在原理上都是存在的。


任何的改變能量的過程,無論是核反應(yīng)還是化學(xué)反應(yīng),還是壓縮彈簧、舉起一杯水,都會導(dǎo)致質(zhì)量的改變。只不過對于大多數(shù)過程,質(zhì)量改變太小,人們不去關(guān)注它們;對于核反應(yīng),質(zhì)量改變非常顯著,不可能忽略。這是量的區(qū)別,不是質(zhì)的區(qū)別。

很明顯,壓縮后的彈簧質(zhì)量是不會變重的!因?yàn)檫@里面不涉及到能量與質(zhì)量之間的轉(zhuǎn)換。先說明我的觀點(diǎn),然后再給各位一個驗(yàn)證的方法;想要明白為什么不會變重,就要知道彈簧的工作原理:

1、當(dāng)你用手去拉伸或者壓縮彈簧時,組成彈簧的金屬原子之間就會錯位,此時彈簧就會對外表現(xiàn)出彈性勢能,也就是彈力。當(dāng)你松手后,里面的原子恢復(fù)到原來的位置,彈簧恢復(fù)到原長。

2、也就是說彈簧本身只是一種存儲能量的裝置,不涉及到新物質(zhì)的產(chǎn)生;所以就不能用愛因斯坦的質(zhì)能方程來分析,因?yàn)橐褂眠@個公式,對象必須是原子級別的;且必須有新物質(zhì)的產(chǎn)生,就像鈾235裂變一樣。這樣質(zhì)能方程的兩邊才相等。而彈簧是利用原子之間的勢能來工作的,并沒有新物質(zhì)的產(chǎn)生,只是把能量(彈性勢能)暫時存儲起來;如果長時間壓縮彈簧,那么再釋放后彈簧就會失去彈性,也就是原子之間錯位了不能恢復(fù)。

3、口說無憑,現(xiàn)在我就給你一種方法驗(yàn)證;拿一個能正常工作的彈簧,在彈性限度內(nèi)將彈簧壓縮一段距離,然后用繩子把彈簧捆住,不讓彈簧復(fù)原,先稱出繩子的重量,然后稱出處于自然長度的彈簧的重量;把捆好后的彈簧再放到秤上稱,計算之后比較有勢能的彈簧重量和沒有勢能的彈簧重量,是不是一樣重。所以我認(rèn)為原子之間位置的改變,也就是壓縮彈簧是不會影響彈簧的重量的。


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