一个磁铁吸在冰箱侧面可以几十年不掉,虽然不

问:一个磁铁吸在冰箱侧面可以几十年不掉,虽然不做功,那克服重力的能量从何而来?

一个力对物体做功,不仅需要有力还需要在力的方向上发生一段位移。把一个箱子放在桌面上保持静止,桌面对箱子会有支持力的作用,在支持力的方向上没有位移,所以桌子对箱子不做功。箱子能够在桌子上安安稳稳的静止很长时间,桌子也不会感到累。把一块磁铁吸在冰箱壁上,很长时间也不会掉下来,此时也没有力对这块磁铁做功。

手里提着一个箱子保持不动,此时手对箱子施加了向上的拉力,却没有发生向上的位移,这样的话人就不会对箱子做功,可是过一会人就会累得胳膊撑不住。为什么把箱子放在桌子上桌子不累?为什么把衣服挂在衣架上衣架不会累也不会消耗能量呢?

把物体放在桌子上或者挂在架子上,物体受力平衡而处在静止状态,此时不会消耗能量,桌子和衣架不会感到累。

人提着箱子站着不动,那是自我感觉没动,只要人的肌肉在绷紧用力,肌肉的收缩就会有一定的频率。想一想端起一盆水的情景,刚开始可以端的比较平稳,端上几分钟后胳膊就开始发抖。肌肉长时间负荷会发生肌肉痉挛(抽筋)现象,发生肌肉痉挛时会明显的感觉到肌肉的收缩具有一定的频率。

肌肉有频率的收缩会使提着的箱子有频率的上下晃动,箱子向上晃动的过程需要克服重力做功,箱子向下运动的时候需要阻碍它动能的增大。这些过程都需要消耗能量,这些能量自然就需要由人来提供,所以人提着箱子不动,或者人站着不动都会感到累。

太多人乱回答这个问题,根本不懂基础的物理知识。要回答这个问题首先要了解,做功的概念,做功是能量由一种形式转化为另一种的形式的过程。做功的两个必要因素:作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。经典力学的定义:当一个力作用在物体上,并使物体在力的方向上通过了一段距离,力学中就说这个力对物体做了功。显然,磁铁在冰箱上有作用力,但是没有在力的方向上产生距离。因此不做功,也就不消耗能量,磁铁吸附在冰箱上是不耗能的。

再回答为什么磁铁不会掉下来。首看一下牛顿力学的三大定律。

牛顿第一定律:一切物体在没有受到力或合力为零的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。

牛顿第二定律:物体在受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小与合外力的大小成正比,与物体的惯性质量成反比。

牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。

根据牛顿第一定律,磁铁静止不动,所以外力的合力为零。上图中,以磁铁为参照物,进行力学分析,水平方向,竖直方向合力都为零。

F1为冰箱对磁铁吸引力。(牛顿第三定律)

F2为冰箱对磁铁的支撑力;(牛顿第三定律)

F3为磁铁自身的重力;

F4为冰箱对磁铁的静摩擦力(静摩擦力是两个相互接触的物体,当其接触表面之间有相对滑动的趋势,但尚保持相对静止时,彼此作用着阻碍相对滑动的阻力,这种阻力称为静滑动摩擦力,简称静摩擦力)

由于F1=F2,F3=F4,因此磁铁静止不动。因此只要磁铁的磁性稳定,就不会掉下来,这个过程中不做功,不消耗能量。


这个磁铁与冰箱铁皮作用是电磁相互作用力,当然不会掉落。

这里的电磁力主要表现为吸引力,由于吸引力使磁铁紧紧的贴紧冰箱,产生挤压,由此产生摩擦力,摩擦力跟重力平衡,所以不掉下来。

永久磁铁的电磁能表现在对被吸引物体的磁化。永久磁铁有天然的和人造的,一般人造永久磁铁磁力更强。这些磁铁材料本身结构比较特殊,具有磁矩,通过磁化,这些磁矩就会排列整齐,产生强烈的磁场磁性。

磁性的本质是产生了电磁场,这些电磁场对一些本身带有磁矩的金属会产生磁化作用,比如铁、钴、镍等。

这类本身带有磁矩的物质通过磁化,内部电子的旋转方向被强制改变,自身磁场会沿着磁力线方向改变,从而产生与磁铁外部磁力线方向一致的磁场,就会与磁铁产生相互吸引的状态。

电磁力是在我们现实生活中最普遍的一种力,是世界存在的四大基本力之一。

在日常生活中,除了重力(引力),所表现出来的力都是电磁力。原子以上尺度的力,包括分子与分子之间的作用力、物质的形成、化学的反应、电动机发电机、机械力、压力等都属于电磁作用力的范畴。

电磁力是一种长程力,引力也是一种长程力,但电磁力比引力强大很多,如果引力为1,电磁力强度则为引力的10^36倍,比引力大了1万亿亿亿亿倍。

因此在我们生活中,引力只是在巨大的天体之间才能够显示出来,比如地球能够把人等物体吸引在地表上,但感觉并不明显,只是跳起来想逃离这个引力时才会感觉到。而小的物体,比如人与人之间、汽车与汽车之间、甚至山一般大的巨大的物体之间也几乎不能显示出引力作用。

而电磁力就无处不感觉其存在了,一块物质要把它分开,要花大力气,这就是电磁力的表现。

磁铁吸引在冰箱上,也是一种电磁力,这个比重力大36个数量级的力,给冰箱形成压力产生的摩擦力,当然能够克服并且完胜重力了。

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我看了几个回答,真为我们的基础物理教育担忧。磁铁吸在冰箱壁上,是因为磁力作为正压力,使磁铁跟冰箱壁的静摩擦力与磁铁本身重力保持在平衡状态,所以磁铁才会十几年如一日的纹丝不动。如果换成同等质量的铁块,需要人手按着才不会掉下来,此时消耗的是人体肌肉的内能。但是,磁铁竟然不需要人手按着也有一股力在“按着”它紧贴冰箱壁。其实你这个问题换一种问法比较科学。叫:“磁力是如何产生的?”那么就好回答多了。各位看官自行百度吧。不多赘述。如果是永磁体,永远不会掉落;如果不是永磁体,磁力慢慢减弱,最终肯定会掉下来~

因为磁力大于引力

这个问题牵涉到宇宙四种力中的两种,电磁力和引力。

我们知道在宇宙中存在着四种力:强核力,弱核力,电磁力和引力。其中引力是最弱的,电磁力要比引力大的多。举个例子:我们用梳子梳过头发后,梳子上就有了电磁力,这个力可以把掉在地上的小纸片吸起来,说明重量达60万亿亿吨的地球对纸片的引力,还没有梳子上的电磁力大。

所以磁铁会克服重力牢牢地吸附在冰箱上。

克服重力不需要能量,只需要力!

图示:冰箱贴美化生活,冰箱贴不会掉,是依赖磁力和摩擦力,只要这两者之和能对抗重力就不会掉落,物理世界中力和力对抗并不耗能。


先抛开磁铁,让我们想想一个木块放在有摩擦力的斜面上,它也可能静止地呆在斜面上几十年不下滑,那么帮助它克服重力需要消耗任何能量吗?不需要,只需要摩擦力=重力的分量,那么就能保持静止不动。

如果还是不能理解,那么想想考驾照时的坡道起步,当汽车拉下手刹停止在斜坡上时,汽车同样受到地球引力影响,这你只要松开刹车就能明白。那么当汽车静止在坡道上时,它克服地球引力需要消耗能量吗?当然不需要。否则停在坡道上的车,就会自动耗油了。

图示:坡道起步,驾照重点考察内容。


最后再说一个例子,悬在半空不动的电梯,只要它不动,它就不需要耗能,只需要提供足够大的摩擦力即可。

图示:电梯井,悬挂电梯的钢索。如果钢索承受不住,电梯的重量就会发生断裂。但是不仅克服重力,还要向上运动,那么你就需要耗能了。


为什么我们总是将力和能量这两个概念混在一起呢?

因为,假如这力由人来主动提供,那大多数情况下,我们的身体的确是需要消耗能量,才能提供力。比如用手指将木块用力压在光滑的墙上,是很累人的活,又或者将自己悬挂在单杠上。

图示:仅仅只是吊着就很累,因为我们的肌肉会因重力的影响收缩来对抗重力将它撕裂的倾向!不管这收缩多微弱,都意味着做功耗能。


但特别喜欢倒挂的蝙蝠,就很少动用肌肉的能量,这是它的休息姿势不是它在锻炼身体,而这是通过肌腱锁定机制来实现的,用肌腱这个强大的抗拉材料,来对抗地球的重力。


与此类似,许多鸟儿站在树枝和电线上,也同样具有肌腱锁定机制,这能让它们不需要或者少消耗能量,就能保证自己不掉下去,一点都不累。

图示:电线上的鸟儿,世界各国常见风景


当鸟儿抓住电线时,它的脚关节肌腱就自动锁定了。只要肌腱的构成能支撑住身体的重量,它就不需要消耗能量来维持身体平衡或至少只需要消耗很少能量,也不用担心自己会掉下去,当它要飞走的时候,它才需要动用肌肉解锁关节,放开脚爪自由飞翔。

图示:当利用肌腱锁定脚爪后,就不需要肌肉收缩提供能量了,依靠肌腱的本身的物理性质提供力量,这是不需要耗能的,但这依赖的是特殊的肌腱和关节形状,以及它们的物理性质。


希望我已经将这个问题分析透彻足以解惑了

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力与能量搞混了,人用力会消耗能量,是因为人类为了发出这个力,不断的施加电信号给肌肉组织,导致肌肉组织收缩产生了力,是一个连续的生物化学能量的释放产生的力。为了维持这个力不断消耗生物能量。

磁铁的磁力理论上是不消耗能量的,产生磁力并相吸引的两个物体之间存在势能,当两者接触后不再相互运动,势能就不再释放。能量就不会消耗。在磁力的作用下,磁铁与冰箱表面产生的摩擦力与磁铁的重力产生平衡,磁铁与冰箱相对静止,不再消耗磁力势能和重力势能。但是磁铁的磁力也会衰减,如果冰箱不生锈,它也会掉下来的,只是时间漫长,超过了您可以等待极限。

问出这种问题……真的为我们的基础科学教育担忧!这本就是对基础力学的知识点没掌握没理解造成的。

然后很多回答(先不说里面的内容是否准确)都没有回答到点子上,没有针对题主的疑问作出解答,这是审题都没有过关,读书时做阅读理解到底有没有拿过分的?

下面针对题主疑问解答:力和能量是两码事。

提问的这个例子里,磁贴吸住冰箱表面的铁没掉下来,这种是状态,不是过程,在这个参照系里的所有东西都是静止的,没有物体移动,物体里的能量没有发生输出/输入,没有能量发生转移,没有做功,谈何“这个能量从何而来”?这个例子里根本没有能量半毛钱事!只是跟力有关系。

提问的例子里,换成“一个重物放在桌子上,被桌子支撑着没有掉到地上”也是一样的,是等价的。

是强力和弱力保持着桌子的微观结构没有改变,没有破裂或形变,在宏观上可把这视为桌子的支持力,只要重物受到的引力不大于桌子的支持力(由桌子微观结构里所有强力和弱力组成),两个力保持平衡,所以重物继续保持着原有的位置和状态——静止,没掉到地上。

题主的例子,是磁贴有电磁力吸着冰箱表面,两者之间的摩擦力与磁贴受到的引力平衡,所以磁贴保持着原有的位置和状态——静止,没掉到地上。

什么时候才涉及能量?

有位移(有做功)、有形变、有热传递、有辐射放出。即有状态改变的才涉及能量的输出/输入(能量转移)。没状态改变的只是物质之间的力保持平衡而已。

所以题主疑惑的本质其实是“这个力是怎么来的,怎么有的,为啥它能一直有并且保持不变?”

四大基本力(强力、弱力、电磁力、引力)是物质本身就自有的性质。目前我们知道物质有这样的性质,也认识它们,了解它们的脾气,并能准确地计算它们。但它们为啥有、为啥一直就在,这个问题无解,只能说宇宙产生时所有的规律就已经被设定好了,而物理学就是把所有的就些规律给找出来,并让我们人类能去利用这些规律的学科。

这是好问题,考验物理人的科学能源观。

先给答案:磁铁吸附冰箱的能量来自磁铁与铁之间的内部势能,磁力与重力是静平衡关系。

究其机理,当然是比较复杂的,以下先做与本题相关的解释,然后拓深到瑟尔效应问题。

诸如——磁力势能、万有引力势、分子氢键势、原子内部的电动势、质子的核力势能、燃料的化学势——都是物体固有的内能。

势能或内能,是亚原子自旋引力场的综合效应,是物体维持自我现状的基本能量。

物体固有的势能,有两个重要特性:

①若无外力而保持现状,势能不可转化为动能,没有多余的作为能源。

磁力是磁铁800倍的钕铁硼,不可自发作为人类的动力源。

高原湖水不因为有巨大落差而具有能源性质。原子核内部的核势能,只够维持原子结构的现有状态。

②若有外来力而改变现状,势能从高位降至低位,可转化为动能性能源。

改变磁场的相对位置,外力对磁场做功,磁场就会反抗外力做功,服从楞次定律,外力做功转化为磁场做功。

改变水位的重力势差,可以将重力势能变成动能作为能源。

但势能不白给,需构建大坝、装置发电机组、人力资源、轴传动摩擦损耗、线圈涡流损耗与线损。

高势降到低势的能源是一次性的,不可再生,高位水源是有限的。

矿物质能源尤其如此,故永动机不可能。

这里有一个值得探讨的课题。

当改变自然势能的分布结构,投入外力做功(E₁),获得势能产出回报(E₂)。

那么,其投入产出比:η=E₁/E₂,有三种可能:η<1,η=1,η>1。这涉及科学能源观问题。

三大守恒定律不可违背。但场效应势能鲜为人知,人们以为“投少产多”违背能量守恒。

核裂变是中子固有的场效应,可以投少产多的。核电站主要投入是提取核燃料、核裂变装置与安全维护。

水力发电能源,与核裂变燃料一样,也是可能做到投少产多的,这里人类要庆幸大自然水循环的恩赐。

磁约束引擎,也叫瑟尔效应发动机,可投少产多,利用环形磁墙约束中心区空气原子降速产生反引力效应与低温效应。

激光惯性约束,与磁约束场效应一样,可以产生反引力效应与超低温效应。

但是,笔者尤其担忧的是:

利用核聚变的氘氚能源,来制造人造小太阳,很可能得不偿失。

¹₂H+¹₃H(E₁)→²₄H(E₂)+n+E₃的热核反应,

其中,E₁=E₂+E₃,要投入巨能使¹₃H裂变释放出E₁,只有E₃可利用。

最大利用率为:E₃/E₁=14.06/17.58=80%。这似乎没什么毛病。

问题是,氢弹需要原子弹引爆,氚的裂变需投入巨大能量。

当然,平静的核聚变是做出来了,可目前报道的都是得不偿失。

核聚变在太阳很容易,因为有强大场效应,但地球没这个自然恩赐。

根据能量守恒定律,若果真需要要提供E₁的裂变能,那么人造小太阳就毫无意义。

结语

1.物体内部的各种势能,是维持物体自我存在现状的固有能量,没有可外借的多余能量。

2.改变物体的势能分布,可以变成动能性的能源,但必须投入外加能量,势能不能白给。

3.要充分利用自然势能,尤其是场效应势能,有可能做到投少产多,也有可能得不偿失。

4.最近将来高科技的研发,主要方向是场效应能源,目前的磁约束与激光约束技术方兴未艾。

Stop here。物理新视野与您共商物理前沿与中英双语有关的疑难问题。

磁铁在吸钢铁时,本身就是一种能量在释放,没有能量,也就没有吸力,只是现在还不被人类认可。

宇宙星球与微粒子(质子,中子,电子等等)的转动,也是能量在释放,这个能量的根源应该来源于宇宙的一个神秘处,这个神秘处应该由神所掌管,否则,一切星体及微粒子就没有了能量来源,不会转动了,也没有引力了,会造成什么景像无法想像。

人类科学还处于初级发展中,很多事搞不清。

我想,根据磁铁对钢铁具有永久的吸力来看,或许将来有一天,人类可以造出永动机来。

地球能永久转动,估计人类也可能会造出永久转动的东西来,估计还要很长的时间。

太初有道,道与神同在,神造天地万物,又给一切星球及微粒子提供转动的能量与引力能量,使天地万物有序生存。

诸天彰显神的荣耀,众生赞美神的大能。


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