能量守恒失效的证明
jzh 发表于 2008/04/17 19:14 华中科技大学校友论坛 (www.hust.org)
永动机和永动现象
蒋中华
首先，必须将永动机和永动现象的概念区别开来。永动机是不依靠外力或仅依靠初始推动力就可以永远做功的机器，它违背了物理学最根本的能量守恒定律，而永动现象是客观存在的，日月星辰的运动就是最直接的证明。
永动现象中运动的物体至少受到两种或两种以上的外力作用，这几种外力在运动的物体上达到相对的平衡时就会出现永动现象，在运动中这几种外力可以出现一定范围内的波动。以彗星为例，它同时受到太阳的吸引力和因为绕太阳旋转而产生的离心力的共同作用，但因为这两种力的波动范围很大，使得彗星的运行轨迹成了一个非常扁平的椭圆轨道。
从古至今试图发明永动机的人数不胜数，却无一成功者，究其原因都是其设计试图使受力相对平衡的运动物体对外做功的机器。首先，它违背了物理学的能量守恒定律，理想状态下的永动在现实中因微小阻力的存在而化为泡影，其次，相对平衡的运动物体一旦对外做功，其脆弱的平衡便会瞬间瓦解。下面列出几个前人设计的永动机图供大家分析其失败的原因。图一是将木轮的四分之一放在水中，试图依靠水的浮力让木轮转动，但设计者忘了圆形物体转动时其受的力是指向其中心的。图二是一座水塔，塔内有空心的铁箱，水塔内空心的铁箱受到的浮力和水塔外铁箱受到的重力的共同作用，便会带动轮子不停转动并对外做功，但铁箱进入水塔时必须克服的几十米高的水产生的强大压力是远大于铁箱的浮力与重力之和的。图三不用解释大家也知道它是转不起来的，右侧的铁锤虽力臂长却数量少，左侧的铁锤虽力臂短却数量多，即使是在理想状态下可以运动，一旦对外做功运动便会立刻停止。
图四是本文的重点，磁力永动机。小球在B点受到A点磁石的吸引向上滚动，在C点落下靠重力回到B点开始下一循环。此设计的错误在于，一：小球在C点落下时不仅有向下的重力，还受到磁石向上的吸引，最终会在走到B点前停下来，二：小球落下的C点离磁石过近会被磁石吸引而无法落下，根据数学模型的计算，理想状态下小球也只能走到D点就必须落下，仅有BC距离的三分之一。这个永动机的设计，早就被科学家们指出是不可能运动的，理由就是上述的两点，即使将小球的落点改为D点也不会动，但是科学家们和设计者都忽略了另外一个关键性的因素，而这个因素将从根本上改变磁力永动机的命运。我们都知道自然界存在着至少三种可以用肉眼观察到的力，它们是引力、摩擦力、磁力，这三种力都对小球的运动有影响。小球在上升时全程受到磁石的吸引力都大于小球受到重力吸引的下滑力，但小球在下落时只在部分路段受重力吸引的下滑力大于磁石的吸引力，因此注定会在到达B点前停下来。但是我们不要忘了，磁石的吸引力是会因为物体的遮挡而有所减弱的，如果我们只对小球在下落过程中受到磁石的吸引力进行削减，小球是否就会顺利的到达B点进入循环状态呢，如果磁石的吸引力足够强大，我们也具备将磁石的吸引力减到零的能力，是否可以利用小球上升时的吸引力和下落时的重力来做功呢？
当然以上结论只是从试验的角度出发，但是由于我个人无法找到磁力强大的磁石，还不能看到磁力永动这一现象。下面我将借用力学第一定律的推导过程，从理论上证明磁力永动是成立的。请看图五，磁石和小球放在同一水平面上，当表面摩擦力越小时，磁石和小球之间的距离AB也就越大，而磁石对小球的吸引力和重力达到平衡的C点肯定在磁石和小球之间，也就是在C点挖一个洞让小球掉进去，而且表面摩擦力越小，BC之间的距离越大，而AC之间的距离是基本上恒定的。当我们把水平面的左端抬高时，AB的距离会明显缩短，而AC的距离却变化很小，但C点肯定高于B点，因此小球如果在C点落下沿曲线是一定可以回到B点的，前提是在C点落下回到B点前是不可以受到磁石吸引的，而可以屏蔽磁力的物质在现实中是存在的，它就是铁。实验证明，当磁石如图摆放在整块铁板上时，铁板的下方以及铁板本身是没有磁力的，至此磁力永动已没有理论上的障碍。
如果上述循环可以实现，是否意味着能量守恒定律在这里失效了呢？不，能量守恒定律在这里依然有效。小球在下落过程中受到的磁力被屏蔽掉，其原有的平衡便被人为的打破，虽然我们并没有在这一过程中施加外力，而产生的能量正是我们屏蔽磁力时小球靠重力所做的功。磁力永动机这一设计，是否会有益于人类，现在下结论还为时尚早，但我衷心的希望如此。
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