永动机为什么不能实现(永动机违背了什么定律)

自飞扬SEO专员 2022-11-12 14:10:14 投稿 浏览:203
永动机不能实现,是因为永动机是一种违反能量守恒定律的机器,该机器一经启动就能永久运转而不需要任何能源,然而实际上这种机器是不存在的。尽管从近代开始,世界各国都尝试制造永动机,但由于永动机违反科学常理,因此只能是一种幻想的机器。

地球这个大家伙已经在太阳系中运动了至少46亿年,它每天会以非常高的速度自转一圈,每年会绕着太阳公转一圈,不出意外的话它能转到太阳死亡,这个时间估计是70亿年以后。

太阳死亡以后会变为一颗和地球体积大小的白矮星,但是它的密度非常高,如果地球这时还存在的话,它会继续绕着这颗恒星的残骸继续运转。

除了地球以外,在太阳系,甚至银河系,乃至整个宇宙这种这种旋转运动十分普遍,因为宇宙的大型物质结构就是这样形成的。

这就产生了一个问题,貌似很矛盾。

13世纪的时候,人类就梦想在地球上建造一个可以永动的机器。

它不需要外力的作用,也就是不需要能量的输入,仅仅依靠自身,不管是扭矩的变化、还是一些花里胡哨的操作, 就能自己永远转动、或者运动的机器。

但是无数次的尝试都失败了,这其中包括15世纪达芬奇这个制作机械的大师、还有17世纪英国的波义耳都动手做了很多类型的永动机,但最后都证明永动机在地球上无法实现。

为什么呢?其实最直接的原因是因为你在地球上不管是制作啥机器,不管是你的结构再怎么精妙,也不管你的设计多么合理,都无法避免一个问题;

就是机械运转所带来的摩擦力,以及空气,还有地球引力的作用。

这些我们可以统称为阻力,它会不断地使机械转动最初的动量消耗殆尽,直到停止运转。

为了对抗这些阻力,你必须给这个转动系统提供一个和所有阻力相同大小的力,才能保证其在惯性下一直运转。

如果你还想要让这个系统给外界做功,那么这个力就必须大于整个系统的阻力。

所以就出现了个各种奇形怪状的机器。依靠自身的转动来自己给自己提供对抗阻力的力。这就好比你左脚踩右脚、自己拉自己的头发想上天一样。

根本原因就违反了能量守恒定律。

也就是说孤立系统的能量是守恒的,需要外部的输入才能增加,你不能在一个孤立的系统中自己选创造出能量。

说到这里,貌似在地球上不能造出永动机的原因是因为阻力的存在。那么我们把一个轮子或者脱落拿到深邃的宇宙空间呢?周围没有其他引力源的干扰会怎么样?

牛顿给出了答案,任何物体在没有外力的作用下,它都会保持最初的运动状态。它要么静止要么匀速直线运动,正所谓静者恒静、动者恒动。

运动是事物的本质,随意只要你给这个轮子提供一个初始的旋转动量,只要没有外力干扰它会转下去,直到天荒地老。

而地球就是这样,在46亿年前形成太阳系的一团椭球形气体云开始在引力的作用下坍缩,首先会形成一个原行星盘。

由于这个椭球状的气体云内的气体分子、原子自身会进行这大量的不规则运动,导致整团巨大的气体云会拥有一个极其缓慢的旋转动量。

例如你在水槽里放一池子水,等待水面稳定以后,打开下水孔,不一会儿比就会看到整个水面会形成漩涡往下流,且漩涡的速度会越来越快。

这就是整池子水内部微小旋转动量随着体积变小,被放大的效果,以前有人说水槽的漩涡是地转偏向力引起的,其实并不准确。

运动河流中的漩涡可以用地转偏向力来解释,但是我们家里小小的水槽中的漩涡并不是地球自转引起的。

如果真是这样,那我们人也应该能感受到北半球和南半球不同的地转偏向力,那不岂是走路一不小心方向就会发生偏移?

现在我们回到太阳系的形成!当气体云塌缩以后,根据角动量守恒定律,质量分布的更加紧密那么气体云旋转的速度就会加快,(类似于滑冰运动员)这就为整片原行星盘带来了可观的旋转速度。

有了初始的旋转动量,那么地球、各大行星,包括太阳在内基本上都在逆时针自转,而且所有的行星都在逆时针公转。

接下来的问题是,地球的自转和公转是否违背了能量守恒定律?是否和我们口中所说的“永动机”相违背?

其实地球的运动可以说它就是一个“永动机”,但不完全是,毕竟总有一天它会因为太阳、月球的潮汐引力不停的消耗掉自转动量,而停止自转;每过100年每天就会增加约0.002秒。

但这个时间尺度非常长,估计等到太阳系毁灭,地球被太阳吞噬都不会发生这样的事。

地球的公转也一样,也无法永动下去,在宇宙空间中,两个质量物体相互旋转,就会造成类似于电荷在电场中旋转一样,电荷会释放出电磁辐射,而质量物体会释放出引力辐射,并且带走轨道能量。

因此地球的公转轨道一直在衰减,总有一天它会螺旋坠入太阳。所以说在宇宙中旋转的天体还真的没有严格意义上的永动。

不过就算它们永动,也符合科学理论啊,并不违反能量守恒,而且正是能量守恒和牛顿惯性定律的真实实例。

如果把地球从太阳系中拿出来,单独放在深邃的宇宙空间中,它就会因为角动量守恒一直自转下去,因为它没有对外做功,也没有受到阻力的影响,因此不要外力和能量的维持,可以在惯性作用下一直自转。

公转轨道也一样,地球本身在垂直于太阳引力方向上做匀速直线运动,但是却受到指向太阳中心的引力加速度,因此改变了运动速度(速度是矢量),所以造成它一直在绕太阳运行。

引力正是这个公转系统中的外力,因此地球的公转也没有违背能量守恒定律。也没有跟我们所说的永动机相违背。


「版权声明:图文来源网络,侵权联系即删,多谢」