Question

能量守恒定律也有不适用的范围

Answer 1

        牛顿定律有不适用范围，欧姆定律也有不适用范围，作为自然界普遍的基本定律之一的能量守恒定律是否也有不适用的范围呢？实践是检验真理的唯一标准。请看如下证明。

        伽利略曾经做过一个理想实验――斜面实验。如图甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。他推论说：如果减小第二个斜面的倾角（图乙）小球在这个斜面上要达到原来的高度，就要通过更长的距离，继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面。（图丙）小球就再也达不到原来的高度，而要沿着水平面以恒定速度持续运动下去。

        现在，我要借助图丙做一个理想实验，每隔一秒钟，让一个相等的质量为m的小球沿斜面从静止一个个滚下来，我们将看到这样一个理想画面：在水平面上，一个个小球将保持相等的间距以相等的恒定速度持续运动下去（图丁）

        理想是美好的，但是，理想不等于现实。现实的画面是什么样子呢？一个个小球都′死′了都不会动了。它们堆积在一起，像小山一样。这，就是现实的画面。为什么会有这样的结局呢？用能量守恒定律来解释，那就是：每一个小球都是带着mgh的能量进入水平面的，当 它们携带的能量由于克服摩擦力而消耗殆尽后，必然会出现上面的现实画面。下面，我要用液体水做一个实验：如图戊所示，每一秒向水平的河里注入质量为m的水团，我们将看到这样一个理想画面：进入水平河里的一个个水团以相等的间距恒定的速度持续运动下去。

        现实的画面是什么样子呢？通过实验，我们将会看到，现实的画面和理想的画面是一模一样的。现实和理想的画面怎么能够会统一呢？这的确是一个很有意义的问题。每一个水团都是带着mgh的能量进入横向水平的河道里的。它们携带的能量难道永远也消耗不完吗？是河道里没有摩擦还是河道里的流水不怕摩擦?总而言之，用能量守恒定律是无法解释这个现象的。换句话说，能量守恒定律也有不适用的范围。