【原】《三元平衡定律》第六章能量做功公式与三元平衡公式

syyz972567831 2023-05-20 发布于四川

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第六章能量做功公式与三元平衡公式

三元平衡系统内部的能量循环以及“能量做功公式”：

我们在上一节中讲到过，电磁波作为一种由电场与磁场呈周期性性转换的粒子（三元平衡系统），所以在传播的过程中就不能避免被其他系统所干扰。这些干扰包括，在磁场力的作用下形成某种新的系统（如，电子等）。

也就是说，恒星会不断的向外释放各种形式的物理能量，释放出去的这些物理能量包括，电磁波（包括，各种宇宙射线、紫外线、可见光、红外线等等）、电子、质子、原子等。

恒星释放出去的较大质量的粒子，由于初始速度整体上偏小的原因，所以很大一部分会在距离恒星不远的位置集聚，最后形成质量较小的固态行星（类地行星）。

而恒星释放出去的较小品质的粒子，由于初始速度整体上偏大的原因，所以很大一部分会喷射到距离恒星比较远的位置集聚，最后往往会形成质量较大的气态行星（类木行星）。

然而由恒星释放出去的电磁波，包括各种宇宙射线、紫外线、可见光、红外线等等。则会在宇宙中传播的过程中，在磁场力的作用下相互干扰，最后形成其他形态的复杂物理能量，从而导致原系统（传播中的光线）中相应电磁波的缺失。这也是宇宙中“哈勃红移出现的最本质原因”。

恒星向外释放出去的所有物理能量，最后都会在三元平衡定律的作用下，聚合成为宇宙中的其他各种形态的物理能量（物质），这些物理能量（物质）最后都会聚合成为各种天体。

当这些天体被宇宙中的大质量天体吞噬之后，形成一个超大质量的黑洞，就会在时空坍缩的作用下，就会重新回到反物质对称宇宙时空中的恒星（包括大质量行星）内部，而重新变成宇宙中最基础的“三元平衡系统”电磁波，如此往复循环而生生不息。这就是，三元平衡系统内部的能量循环。

在每一个闭合的三元平衡系统中，所有的能量都会在系统的内部无限循环生生不息。由于任何一个系统不存在绝对的独立，所以系统与系统之间的相互影响，其实是一种系统间“能量做功”的关系。这里的“能量做功”就是传统物理学中“能量”的概念。

在《三元平衡定律》中的“能量”即包括传统物理学中的“能量”（能量做功，就是一个系统对另一个系统的能量做功），也包括系统内部的能量（不对其他系统做功的能量）。

例如，独立的电磁波（理论中假想的状态），电场与磁场的相互转换，虽然能量（电场和磁场）在电磁波内部往复循环，但是并不会对外做功。只有当与其他系统产生某种影响的时候，才会产生对外部系统的“能量做功”（传统物理学中的能量）。

对于作用力（物体受到的合力）作用于物体，使物体运动的“能量做功”，其实是“作用时间”乘以“作用力”，再乘以“能量做功率”。

然而总所周知，一个物体所受到的“作用力”乘以“作用时间”，是这个物体获得的冲量，而物体的冲量与动量的关系式，就是动量定理公式：Ft=mv。

所以这里可以姑且将能量做功公式，看做是“冲量的平方”乘以“做功率”，即能量做功=F²t²*50%（能量做功率）。

公式推导过程：

我们想象一个静止的1千克质量的物体，在一个失重的环境中（完全不受其他任何作用力），突然受到一个1牛顿大小的作用力的作用，这个物体会获得一个1m/s²的加速度。

1秒钟之后，物体运动的速度会变成1m/s，移动的总距离为0.5m。也就是0.5焦耳做功。

当2秒钟之后，物体运动的速度会变成2m/s，移动的总距离为2m。也就是2焦耳做功。

当3秒钟之后，物体运动的速度会变成3m/s，移动的总距离为4.5m。也就是4.5焦耳做功。

当4秒钟之后，物体运动的速度会变成4m/s，移动的总距离为8m。也就是8焦耳做功。

将这些数值代入“能量做功公式”中，大家是不是会发现，所得到的“能量做功”（传统物理学中的“能量”）大小，完全和上面的结论一模一样呢？

但是为什么在“能量做功”方程式中，能量做功率是50%，而不是其他的什么值呢？

这是因为在“三元平衡系统”中，系统与系统间（也是更大系统的内部）的作用和影响，全部是通过相互间的能量（单位时间作用力）传递来完成的，而“能量做功”对系统本身而言，其实只是系统与系统之间产生作用的一种相对概念。

所以我们可以这样假设，当这个完全不受其他作用力的物体的某一面，突然间受到一个1牛顿大小的作用力，而在物体的另一面则是一面墙（阻碍物体运动的障碍物），那么这个物体其实会受到两个方向上的作用力挤压。

所以这时的“单位时间作用力”（能量），其实全部作用于物体的系统内部，会形成对物体的系统内部的改变作用（包括物体由于压力造成的形变等）。这种状态下，物体的两头都会受到作用力，所以能量做功率是0%。

但是当这面墙如果突然消失，那么这个物体就只会受到一个方向的作用力，这个作用力同样也会形成对物体的内部系统的改变作用。这种状态下，物体只有一面受到作用力，所以能量做功率是50%。

在自然系统中的“能量做功率”，其实有三种状态，第一种是，作用力不做功，能量做功率为0%。

第二种是，作用力做功（这里是物体受到的合力做功），能量做功率为等于或小于50%（在低速运动时，不考虑三元平衡系统的内阻现象的影响时，能量做功率为50%。高速运动考虑三元平衡系统的内阻的影响，能量做功率则小于50%。也就是说，这种能量做功率，会随着物体运动的速度变快而减小）。

第三种是，能量做功率为100%。例如，核聚变产生的能量做功率，这种情况下，能量做功率则可能是100%。

讲到里大家心里一定有这样一个疑问！那就是，在传统物理学中做功的公式是W=FS。

也就是说，同样在失重的环境中（完全不受其他任何作用力），当物体的质量如果变成10kg，突然受1N大小的作用力的时候，这个物体会获得一个0.1m/s²的加速度，1s之后物体的速度会变成0.1m/s，移动0.05米远的距离。

如果按照传统物理学中做功的公式是W=Fs来计时，做功为0.05焦耳。或者按照动能公式E=(1/2)mv²，得出的结论同样也是0.05焦耳。但是如果按照能量做功公式：F²t²*50%（能量做功率）计算的话，做功依然是0.5焦耳。为什么会出现这样的情况呢？

这是因为能量在系统与系统之间的做功关系，其实应该都和物体的质量有一定的关系。同样速度运动的物体，质量越大物体的动能也会越大。作用力作用于物体，产生的加速度和物体的质量有关。

也就是说，传统物理学中做功的公式W=Fs和E=(1/2)mv²，其实并不正确，为什么这样说呢？

先说W=Fs，当一个本身具有初始速度的物体，如果突然遇到某个使其减速的作用力的时候，与此同时再施加一个抵消减速的作用力，使其保持原来的初始速度。其实这两个作用力都不会产生真正有效的做功（只会对物体系统内部产生作用。例如，使物体发生形变），但是用传统物理学中的做功公式W=Fs看来，这两个作用力都对物体做功，一个是做正功，一个是做负功。

这种情况其实都是物体惯性产生的作用，两个相互抵消的作用力其实只是维持物体原本的惯性运动。

例如，地球自西向东自转，当一个人向东用力去推一面墙的时候。地球通过自转运动，那么这面墙其实也会随着地球的自转，发生相应的位移。但是这个人向东用力去推这面墙，其施加的作用力并不能产生有效做功。所以说，只有物体所受到的合力作用于物体，才能产生有效做功。

所以说，更正确的公式应该是W=Fsm，F是物体所受到的合力大小，s是移动距离，m是物体的质量。

例如，一个10kg的物体，受到合力为1N。当物体受到的合力不为0，那么物体必然会产生加速或减速，有速度上的改变，才是作用力产生的有效做功。没有速度上的改变，其实并不是某个作用力的做功。

而动能公式E=(1/2)mv²，正确的写法也应该是E=(1/2)m²v²。这当中由于会涉及到一个新的物理概念“能量烈度”的问题，所以这里只做一点简单的探讨。

“能量烈度”就是系统与系统之间的能量传递形成的对系统的改变（破坏）程度。能量对系统改变程度的大小，主要取决于系统所受到的作用力的冲击大小，以及系统所能承受冲击能力大小两个方面。在传统物理学中动能的概念，其实和物理新概念“能量烈度”有一定的交集，如果将“能量烈度”从传统动能公式中剔除，那么就应该是E=(1/2)m²v²。

“能量烈度公式”通过冲量公式变化而来，能量烈度=F0=Ft/t0，其中F是使物体加速时所受到的合力大小，t是作用力F给物体加速所用的时间，t0是这个物体获得动能之后撞击其他物体时的接触时间，F0表示撞击过程中物体受到的冲击力大小。

而“能量烈度”包含“系统所受到的作用力的冲击大小，以及系统所能承受冲击能力大小”两个方面。所以如果在某一次的物体撞击当中F0=1000N，被撞击的物体所能承受冲击能力为999N的话，那么撞击所产生的“能量烈度”大于被撞击的物体所能承受“能量烈度”，因此物体会被撞碎。

在传统物理学中，对物体的动能大小的认知，其实涵盖了部分“能量烈度”概念。例如，一个1kg重的物体以10m/s的速度撞击其他物体产生的作用，是10kg重的物体以1m/s的速度撞击其他物体的10倍，也就是E=(1/2)mv²。

但事实上，这是因为物体撞击的接触时间（就是“能量烈度”公式中的t0）不同，而呈现出来的“能量烈度”大小不同的结果。物体速度越快，发生撞击时撞击的接触时间也会相应地变短，撞击时撞击的接触时间变短，撞击产生的“能量烈度”就会增大。

在传统物理学中，由于没有“能量烈度”这一概念，所以在某些地方其实是将“能量烈度”大小和能量大小混淆在了一起。于是就会认为物体的运动速度对动能的影响，大于物体质量对动能的影响，因此才有了E=(1/2)mv²这样的公式。

经过修正后的动能公式E=(1/2)m²v²和能量做功公式E=（Ft）²*50%之间，E都表示能量（能量做功），也就是说(1/2)m²v²=（Ft）²*50%，因此也可以写成(1/2)m²v²=(1/2)F²t²，进一步简化就可以得到动量定理公式：Ft=mv。

其中F是物体受到的合力，t是作用力F给物体加速所用的时间，m是物体的质量，v是物体最后获得的速度。

根据E=（Ft）²*50%、E=(1/2)m²v²、W=Fsm这三个公式，也可以写成(1/2)m²v²=(1/2)F²t²=Fsm。

动量和冲量的本质其实就是“能量所呈现出的状态”，只不过在原先对动能的定义中，将“能量”与“能量烈度”两个不同概念混淆在了一起。所以在没有分清“能量”与“能量烈度”两个不同概念之前，只能将能量做功公式暂时表述为(1/2)F²t²=(1/2)m²v²=Fsm，而“真正的能量做功公式”其实用Ft=mv=√（2Fsm）来表示才对。这当中由于会涉及到对能量准确定义的问题，所以在后面的内容中用到的能量做功公式，可能依然会是(1/2)F²t²=(1/2)m²v²=Fsm。

其中√2Fsm=mv，也可以用来表示势能与动量（动能）之间转换关系的方程式。s为物体自由下落的距离（高度），F为物体自由下落时所受到的重力，m为物体的质量。

系统与系统之间的能量传递，本质上其实是一种“单位时间作用力”（Ft）的传递，而物体的质量和速度（mv），只不过是能量呈现出来的两种状态而已。

通过对“能量做功”（传统物理学中的能量概念）的阐释，其实是为了能更好的阐述能量在三元平衡系统中的概念。也就是，能量在“三元平衡系统”的内部，会往复循环而生生不息。

在这里我们来进一步解释，为什么原先的动能公式（E=(1/2)mv²）不准确。

如果我们依然沿用原先的动能公式（E=(1/2)mv²）的话，结合动量定理公式Ft=mv，那么就会得到(1/2)mv²=(1/2)F²t²/m。也就是说，通过这样方式得出的能量做功公式，就会变成E=(1/2)F²t²/m。

而E=(1/2)F²t²/m到底有什么不对的地方呢？这时因为将等式(1/2)m²v²=(1/2)F²t²，通过数学方式变成(1/2)mv²=(1/2)F²t²/m之后，虽然等式依然成立，但会失去原本的物理意义。

换句话说将(1/2)m²v²=(1/2)F²t²变成(1/2)mv²=(1/2)F²t²/m，在数学意义上完全成立，但在物理意义上其实并不成立。这也是在现代物理研究中，一般研究人员经常犯的一个非常严重错误，用数学等式变换（数学意义）取代原本的物理意义。

由于系统与系统之间的能量传递，本质上是一种“单位时间作用力”（Ft）的传递，而物体的质量和速度（mv），都只不过是能量呈现出来的两种状态。

因此将能量做功公式，由(1/2)F²t²写成E=(1/2)F²t²/m，以此来迎合原先的动能公式E=(1/2)mv²=(1/2)F²t²/m的话，就会失去原本的物理意义。

除了可以在不改变物理意义的情况下，将(1/2)m²v²=(1/2)F²t²变换为动量定理公式Ft=mv，来证明原先的动能公式（E=(1/2)mv²）不准确之外，其实我们还可以用一个简单的实验来对此予以验证。

这个实验就是“不同质量的牛顿摆实验”，在实验中所用到的牛顿摆与传统牛顿摆略有不同，不同之处就是牛顿摆的摆球之间的质量不同。

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图6-1，不同质量摆球的新牛顿摆。

在这个新型的牛顿摆中，A和B两个摆球的质量不同，我们假设A摆球的质量为m=2kg，B摆球的质量为(1/2)m=1kg。如果A摆球从高处释放，以v=1m/s的速度撞击B摆球的话，当撞击发生以后B摆球会获得一个速度，我们假设这个速度为v2。而A摆球则会在撞击的作用下减速，我们假设A摆球撞击B摆球之后的速度为v1。

所以我们根据动量守恒，可以知道mv=mv1+0.5mv2。但是如果我们依然沿用原先的动能公式（E=(1/2)mv²）的话，根据能量守恒定律，就会得出(1/2)mv²=(1/2)mv1²+0.5(1/2)mv2²。我们将各个数值（m=2kg、v=1m/s）带入两个等式中。

就会得出mv²=mv1²+0.5mv2²=2以及mv=mv1+0.5mv2=2，经过简单的数学计算，要想这两个等式成立的唯一条件只能是，v1=1m/s，v2=0m/s。这个结论显然与实验的实际情况严重不符，因此可以证明动量守恒（mv=mv1+0.5mv2）与原先的动能公式（E=(1/2)mv²），二者之间必然有一个是错误的。

在这个试验中，只要A摆球与B摆球发生碰撞，无论A摆球最后的速度v1和B摆球获得的速度v2是多少，只要不是v1=1m/s和v2=0m/s（未发生任何碰撞的情况），就不可能同时满足mv1²+0.5mv2²=2和mv1+0.5mv2=2这两个等式。

也就是说，在碰撞的过程中，我们可以先假设不存在转化为内能（动能损耗）的情况，那么mv1²+0.5mv2²=2和mv1+0.5mv2=2这两个等式，其实也不可能同时成立。事实上，不同质量的摆球碰撞之后，所谓的“一部分动能会转化为内能（动能损耗）”的说法，其实是为了掩盖其自相矛盾的科学事实，而制造的一种逻辑陷阱而已。

质量相等的两个摆球，两个摆球撞击之后速度互换，为什么“动能不会转化为内能”？而不同质量的两个摆球，哪怕所用的材质和之前完全一样，为什么就会有“一部分动能会转化为内能”？当我们认知思考之后，就更容易看出这种明显的科学逻辑陷阱。

例如，我们假设A摆球与B摆球发生碰撞之后，动能完全没有损失，最后A摆球速度为v1=√0.5，而B摆球速度为v2=1，这样的话就能完全满足动能守恒mv²=mv1²+0.5mv2²=2，但是带入动量定理公式的话，必然是mv1+0.5mv2≠2。

也就是说，在这个试验当中，如果原动能公式E=(1/2)mv²正确的话，那么能量守恒定律与动量守恒必然有一个错误。很显然能量守恒定律与动量守恒定律不会错，那么错误的必然是原动能公式E=(1/2)mv²。

但如果我们将原先的动能公式（E=(1/2)mv²），修正为新动能公式（E=(1/2)m²v²）的话，计算结果就会和实验的情况完全符合，因此就可以验证原先的动能公式（E=(1/2)mv²），是缺少或物理意义的错误公式。

能量做功公式的物理意义：

在上一章节中，我们通过三元平衡系统运行的理论，推导出能量做功公式，E=F²t²×能量做功率。通过修正动能公式和做功公式，最后得出(1/2)m²v²=(1/2)F²t²=Fsm的结论。

大家可能会问，如果将(1/2)m²v²=(1/2)F²t²=Fsm进行整理，完全也可以写成(1/2)mv²=(1/2m)F²t²=Fs。也就是说，将能量做功公式写成E=(1/2m)F²t²,这样的话既不与原来的动能公式E=(1/2)mv²相互冲突,也不会和原来的做功公式W=Fs冲突，这样的话不是也挺好吗?

如果将能量做功方程式写成E=(1/2m)F²t²的话，就会丧失“能量做功”本身原有的物理意义。也就是说，如果我们将(1/2)m²v²=(1/2)F²t²=Fsm，利用数学的方法，最后将其整理成看似符合数学运算法则的(1/2)mv²=(1/2m)F²t²=Fs，其实是一种错误的做法。

为什么这样说呢？这是因为在自然系统中，能量的本质其实是作用力（F）以及作用时间（t）。而物体的质量（m）和运动速度（v），其实都只是某种物理表象而已。

我们知道，某个物体所呈现出来的温度，如果从微观角度来看的话，其实是这个物体的原子或分子运动的剧烈程度，而表现出来的一种宏观物理状态。

所以我们用“三元平衡系统”的视角，来看待电磁波（光）和物体的话。我们可能就会发现，电磁波（光）作为一种电场（提供运动传递）和磁场（提供作用力直接作用）呈周期性转化的“三元平衡系统”，当与其他系统（例如，物体表面的原子）产生作用之后。是不是一定会在磁力的作用下，影响其他系统（例如，物体表面的原子）的运行呢？

直接的作用就是，当电磁波向原子（系统）靠近之后，在某一瞬间，电磁波的磁场与原子（系统）中的某些更小系统发生作用，原子（系统）与电磁波相互作用，最后使电磁波运行轨迹发生改变，在宏观世界中就表现为光被反射。

在整个过程中，所发生的一切，其实都是微观系统中的作用力与作用时间产生的作用。在宏观世界中则表现为，阳光照射在物体上面之后，物体会获得一部分热能，以及将部分可见光反射出去。

物体吸收和反射阳光，从微观系统的角度来说，其实是一个非常复杂的过程。会随着电磁波的频率以及强度的不同，而呈现出多种不同的模式。

但最为常见的模式应该是，物体（系统）吸收阳光，最后在三元平衡系统“能量溢出效应”的作用下，释放一个或多个新的电磁波（光）。在宏观世界中就表现为，阳光照射物体使物体温度升高，同时通过反射可见光，反射一部分能量。剩余一部分能量则会被物体（系统）吸收。当阳光照射结束之后，物体会慢慢冷却并释放出红外线热辐射。

阳光中包含多种不同频率的电磁波，不同频率的电磁波则会使可见光呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，各种不同的颜色。当多种不同频率的电磁波（不同颜色的光），照在物体上之后。物体表面的原子，会在动态微观系统的作用下，根据相应的频率吸收一部分电磁波（对应颜色的可见光），其余颜色的可见光则会被直接反射。这样得话，就会使得物体呈现出相应的颜色。

如果这是一个红色的物体，那么就会反射红光，以及吸收除红色以外的所有可见光。而被物体吸收得可见光，则是以能量的形式加入物体系统内部，最后在“三元平衡系统能量溢出效应”的作用下，以热辐射的形式释放出特定频率的电磁波。

这也就是不同元素物质，具有不同光谱的原因。因为每一种不同元素物质，从微观系统的角度来说，其内部的运行方式存在一定的差异。而微观系统运行的差异，决定着吸收、反射以及释放，不同频率的电磁波。

物体吸收和反射阳光，从微观系统的角度来说，虽然有多种不同的模式。但是整个过程中，本质上的能量传递，还是作用力以及作用时间来实现的传递。

所以我们也可以将这种阳光照射物体使物体温度升高的现象，想象成是电磁波直接撞击物体的原子。而物体之间撞击所产生的动量，则是通过作用力与作用时间表现出来的。

也就是说，物体表现出的温度，其本质还是微观系统中的作用力和作用时间。而热能的本质，也是微观系统中的作用力与作用时间Ft。只不过在对热能进行计算的时候，微观系统下的作用力和作用时间的大小，一般情况下难以确定罢了。

电能同样也是这个道理，当电流流过某个导体之后，电子产生的作用力会使导体内部原子的运动受到不同程度的影响，最后通过热能的方式表现出来。

所以说，能量的本质其实就是“作用力和作用时间”（Ft）。这也是为什么只能将能量做功公式写成E=(1/2)F²t²=(1/2)m²v²=Fsm，而不能写成E=(1/2m)F²t²=(1/2)mv²=Fs的根本原因。因为一旦将能量做功公式写成E=(1/2m)F²t²的话，就会丧失其与之对应的物理意义。

也就是说，在自然科学中，一个物理公式的物理意义，直接决定着物理理论正确与否，以及未来的发展方向。因此可以说，现代科学界中，一些利用几组物理公式，通过等式变换的方法，整理和变换出新的物理公式，而建立起一套新的物理理论的方法是存在一定问题的。因为利用这种方法建立起来的物理理论，往往会因为新公式丧失物理意义，而建立起一套错误的科学理论。

也就是说，这种“先有公式，后有理论”，用没有物理意义的公式得出某个理论的方法，其实是一种错误的做法。正确的方法应该是，先有一套完善的物理理论，然后根据这套物理理论推导出相应具有物理意义的物理公式。

“能量做功公式”中的能量：

在前面的内容中，我们将能量做功公式表述为E=(1/2)F²t²=(1/2)m²v²其实并不正确。之所以将能量做功公式表示成这样主要因为需要修正原动能公式E=(1/2)mv²，所以只能暂时将能量做功公式写成E=(1/2)F²t²=(1/2)m²v²，而这个公式并不正确，正确的能量做功公式应该是E=Ft=mv=√（2Fsm）。

但是如果我们直接将能量做功公式用E=Ft=mv来表示的话，一些人会认为Ft叫做“冲量”，mv叫做“动量”。怎么能将“冲量”叫能量，将“动量”叫“动能”呢？其实“冲量”的本质就是能量，“动量”的本质就是动能。

由于我们之前没有“能量烈度”的概念，而原先的动能公式中（E=(1/2)mv²）又存在错误。所以通过错误的动能公式，所得出的对“动能”的理解以及相关概念，必然也会存在相应的错误。于是就会认为动能与动量是两种完全不同的两个概念。

其实可以证明动量就是动能的方法，其实有很多。在电学中也有“能量”这一概念，而电学中能量的本质，其实就是Ft。也就是说，能量做功公式E=Ft=mv=√（2Fsm），可与电学中的“能量”概念完美对接。

例如，我们假设，通过一台电机将电能转化为动能（例如，用电动玩具车做实验）。如果按照原先错误的动能公式E=(1/2)mv²来看的话，那么电机所消耗的电能P乘以“能量转化率”就等于所获得的动能。用一个公式来表示的话，就是P*（能量转换率）=(1/2)mv²。

然而电机将电能转化为动能的本质，则是“电流流过电机内部线圈形成磁场力，磁场力推动转子转动”。也就是说，电机中的电流大小，如果不发生特别巨大改变的情况下，那么电机的瞬时功率也不会有太大的变化。

如果电机的瞬时功率不变的情况下，如果我们将电动玩具车质量变大的话，想一想会发生什么呢？

我们假设，电动玩具车原本质量为0.1kg，开动玩具车1s之后，电动玩具车获得1m/s的速度。根据P*（能量转化率）=(1/2)mv²，可以知道P*（能量转化率）=(1/2)mv²=0.05J。

但是如果我们给电动玩具车加上一块重物的话，使电动玩具车的总质量变成1kg。由于电机对外输出的作用力不会有太大的变化（电机的瞬时功率不会太大的变化），所以可以根据Ft=mv，可以知道，电动玩具车开动1s之后，大约可以获得0.1m/s左右的速度。

但是如果将其带入P*（能量转化率）=(1/2)mv²的话，就会得出P*（能量转化率）=(1/2)mv²=0.005J。

最后的结论就是，如果按照原电能公式E=(1/2)mv²计算的话，电能转化为动能的过程中，电机消耗同样多电能P的情况下，电动玩具车的质量越大，所获得的动能（能量）越小。

但是如果用能量做功公式E=Ft=mv=√（2Fsm），当中的新动能公式E=mv来看的话，就可以得出W*（转换率）=Pt*（转换率）=UIt*（转换率）=mv。很明显，如果我们用P*（转换率）=mv的话，就不会出现“电机消耗同样多电能P的情况下，电动玩具车的质量越大，所获得的动能（能量）越小”的情况了。

在日常生活中可以证明E=Ft=mv=√（2Fsm）的事物，其实还有很多。例如，电动汽车匀速直行的时候，电动汽车的电机同样会消耗电能。而这些被消耗的电能，事实上用在了对抗各种阻力以维持汽车匀速直行。也就是，这些被消耗的电能最终都转化为能量（Ft），即W=Pt=UIt=Ft=E。

其中，F为汽车行驶过程中，与汽车运动方向相反的各种阻力的总和，包括机械阻力、空气阻力等等。t则为汽车匀速直行时，所受到的与运动方向相反的各种阻力的作用时间。

在电学当中电能，其实有点类似于力学中的势能。电压U和电流I，则相当于（水）高度差与“每秒倾泻量”。通过一台电机，将电能转化为机械能的情况，就类似于通过一台水车，将势能转化为机械能的情况。

屏幕截图 2023-02-23 191422

图6-2，通过水车来演示势能与机械能的转化。

通过水车将势能转化为机械能的情况，其实类似于通过电机将电能转化为机械能的情况。而通过水车将机械能转化为势能的情况，则类似于通过发电机将机械能转化为电能的情况。

当人们转动水车的时候，水车受到的合力F，以及作用时间，决定着对水车施加的“有效能量做功”，所以如果用能量做功公式表示的话，就是E=Ft=mv=√（2Fsm）。

三元平衡定律公式：

在一个系统内,两个非平衡状态趋向于平衡状态的过程,就是三元平衡的过程。这是一种对“三元平衡定律”的文字描述，如果我们将“三元平衡定律”用一个公式来表示的话，需要一个什么样的公式才能准确的表述“在一个系统内,两个非平衡状态趋向于平衡状态的过程,就是三元平衡的过程”这一概念呢？

其实这个公式非常简单，只不过需要明白一个“三元平衡系统”中的两个“非平衡状态”到底是什么？这两个非平衡状态其实就是就是两种不同状态的能量。

由于大家之前没有能量做功公式【E=Ft=mv=√（2Fsm）】的概念，以及原动能能公（E=(1/2)mv²）中的错误，所以要理解三元平衡定律公式的话会存在一定的障碍。这也是在讲解三元平衡定律公式之前，先要修正原有动能公式的原因。

我们通过能量做功公式【=Ft=mv=√（2Fsm）】，可以知道能量的本质其实是一种“单位时间内对系统施加的作用力”，即E=Ft。因此在三元平衡状态公式中，表示“非平衡状态”的能量，一般情况都是用E=Ft=mv=√（2Fsm）来表示。

如果我们用一个字母S来表示三元平衡状态的话，那么三元平衡（定律）状态公式就是，两个“非平衡状态”能量差的绝对值。用字母表示的话，就是：

图6-2，书本与地面形成的“静态三元平衡系统”。

例如，在一个书本与地面形成的“静态三元平衡系统中”，书本受到的重力与地面给书本的反作用力大小完全相同，作用力作用的时间也完全相同。

因此E1-E2=0，即根据可知三元平衡系统状态S=0，S=0则表示此时的三元平衡系统为“静态三元平衡系统”。

如果在一个单摆中的话，单摆中的两个“非平衡”，就是单摆摆动最高位置处的势能。

图6-3，单摆的两个非平衡位置（F和G），以及最低位置（E）。

所以根据能量做功公式E=Ft=mv=√（2Fsm），可知单摆的这两个“非平衡”E1与E2，就是从最高点到最低点的高度差。因此用能量做功公式E=Ft=mv=√（2Fsm）表示单摆所以平衡状态中两个非平衡的时候。其实与摆球受到的重力（F）、摆球的质量（m）、摆球从最高点到最低点的高度差（s）有关。

因此，根据三元平衡状态公式对单摆这类动态三元平衡系统，进行表述的时候E1与E2是一种呈现出此消彼长的关系，因此S也是一个动态值。在一个时间相等的周期内，S值变化幅度越大，表示三元平衡系统的运动状态越剧烈。

除此之外，我们用三元平衡状态公式在对电磁波这种系统进行表述的时候，电磁波中的E1与E2则是电场与磁场。那么在电磁波中，我们又应该如何用电场与磁场来对E1与E2进行表述呢？

其实电磁波是由，“电”与“磁”以及“场”三部分构成，“电”、“磁”、“场”其实就是“物理能量”的三大基本属性，即时间、作用力、空间。如我们将时间（t）、空间（假设用字母k来表示）、作用力（F），看成是物理能量的三种基础状态（一切物理能量都同时具备这三种状态）的话，那么必然Ft=tk=Fk，其中k表示电磁波所能够影响的空间范围以及状态程度。

也就是说，一个电磁波系统所蕴含的能量E=Ft=tk=Fk。其中tk表示电场的能量大小，Fk表示磁场的能量大小。

因此通过三元平衡状态公式在对电磁波状态的表述时E1与E2，分别为tk与Fk。