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当用力压缩弹簧后,弹簧的质量会变的更重吗?

作者: 来源: 发布于:2018-05-31 10:54:52
有人说,化学质量守恒定律只能说“大约”守恒,因为有能量变化,所以一定有质量的增加会亏损。那么压缩弹簧后,弹簧的势能增加(或者我举起一杯水),难道质量也会增大吗?

从化学反应跟核反应一样有质量变化,领悟到压缩弹簧(或者举起一杯水,或者诸如此类任何的有能量改变的过程)同样也有质量变化。

对于还感到疑惑的朋友,再稍微多解释一点。

典型的反对意见是像这样:“化学反应的本质是原子的重新组合,原子类型不会改变,总数量不会改变。而核反应本质是中子的消失,表现为原子类型变为其另一同位素,和能量的出现,这是有本质区别的。”


化学反应的本质确实是原子的重新组合,原子的类型和数量不变,这些都很正确。更具体而言,质子、中子和电子的数量都不变。但是,这些粒子的数量不变,总的质量就不变了吗?

答案是:错了!

这种想法的根本问题在于,认为每一种粒子都有个不变的质量,比如说这个原子中的一个电子和那个原子中的一个电子具有相同的质量。但实际情况是,每一种粒子都有个不变的“静质量”,即它单独存在、速度为零时的质量。当它和其他粒子作用时,如果能量有改变,质量就有相应的改变。这正是相对论质能关系E = m c^2决定的,否则你觉得质能关系说的是什么?

说得再明确一点,单独存在的质子(即氢原子核)的质量,不等于氦原子核中质子的质量。氢原子中电子的质量,不等于氦原子中电子的质量。当然,由于光速很大,这些质量差别很小,但在原理上都是存在的。


任何的改变能量的过程,无论是核反应还是化学反应,还是压缩弹簧、举起一杯水,都会导致质量的改变。只不过对于大多数过程,质量改变太小,人们不去关注它们;对于核反应,质量改变非常显著,不可能忽略。这是量的区别,不是质的区别。

很明显,压缩后的弹簧质量是不会变重的!因为这里面不涉及到能量与质量之间的转换。先说明我的观点,然后再给各位一个验证的方法;想要明白为什么不会变重,就要知道弹簧的工作原理:

1、当你用手去拉伸或者压缩弹簧时,组成弹簧的金属原子之间就会错位,此时弹簧就会对外表现出弹性势能,也就是弹力。当你松手后,里面的原子恢复到原来的位置,弹簧恢复到原长。

2、也就是说弹簧本身只是一种存储能量的装置,不涉及到新物质的产生;所以就不能用爱因斯坦的质能方程来分析,因为要使用这个公式,对象必须是原子级别的;且必须有新物质的产生,就像铀235裂变一样。这样质能方程的两边才相等。而弹簧是利用原子之间的势能来工作的,并没有新物质的产生,只是把能量(弹性势能)暂时存储起来;如果长时间压缩弹簧,那么再释放后弹簧就会失去弹性,也就是原子之间错位了不能恢复。

3、口说无凭,现在我就给你一种方法验证;拿一个能正常工作的弹簧,在弹性限度内将弹簧压缩一段距离,然后用绳子把弹簧捆住,不让弹簧复原,先称出绳子的重量,然后称出处于自然长度的弹簧的重量;把捆好后的弹簧再放到秤上称,计算之后比较有势能的弹簧重量和没有势能的弹簧重量,是不是一样重。所以我认为原子之间位置的改变,也就是压缩弹簧是不会影响弹簧的重量的。


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