关于物理的思考(2)
2019年10月3日，星期四，天气晴于恩平家中
上文说到：
一个系统不受外力，那这个系统能量守恒。重力是外力，但为什么一个物体只受重力的作用，这个物体机械能守恒呢？
有时这样的问题很难想得清，而且又是不大重要的问题，所以便不去想了。以至于你去问老师，老师可能也会一时说不清，因为老师可能也不会去想。
于是便有了一种简单的回答：它就是这样的。
首先这回答是正确的，因为它的确是这样的。
不过，我总认为以下情景很怪异：
老师：功是能量转化的量度
同学：是的
老师：一个力对一个物体做正功，这个物体能量增加
同学：嗯
一切都尚还正常，但一个问题突然在同学脑中闪现，使一切变得荒谬。
同学：老师，不对呀！为什么只有重力对一个物体做(正)功，那这个物体机械能守恒呢？
老师：呃……它就是这样的。
同学：……哦。
好吧，我再补充一句：我们专注于对客体的分析研究，却忘了审视自身。
卖了这么久的关子，我确实该说一说其中的道理了。
原因极简单：适用的范围和条件不同。
这些物理模型都是有其目的的。其关注的对象不同，思维也有不同。
补充：也许你会奇怪，为什么能量守恒定律都会有适用的范围和条件，这不是一条普遍的真理吗？
能量守恒定律的确是一条普遍的真理，普遍真理是什么都适用的。 但是当研究的背景和条件以及我们的思维的转变，就可能会对普遍真理产生误解，看起来普遍真理是不对的。
那些什么重力、重力势能是基于万有引力定律简化而来的。
为什么要简化？
万有引力定律揭示的是二者之间的关系。而当我们提到重力，我们关注的对象已经变了——关注的是地球上的受重力作用的物体，而非地球与物体之间的关系。
比如，我要研究地球上的两个物体的相互作用。可是它们都一定受到地球的吸引力，而且这种力是如此大，又不能忽略掉，那怎么办呢？是不是又得分别研究物体与地球的关系，再去研究两物体间的关系呢？
这么麻烦，当然要简化一下！
怎么简化?
重力的方向总是向着地面的，重力的大小差不多是mg……(补充：似乎重力对每个地球上物体的作用，都有着某种确定的性质)。
所以，可以有一个重力场，它的性质早就确定下来了，不用去研究了，而且其性质几乎不被其他物体改变。然后凡是在这个场内的物体都受场的作用(场力)。
那场力如何确认下来？因为这个场本来是从万有引力那里简化而来的，所以还要往回想：关乎到物体本身的质量和物体的位置。
于是，重力大小约为mg，方向为竖直向下。物体的位置似乎对重力的影响不大，那位置还会影响到其他什么吗？
补充：会发现，位置对于物体的动能和弹性势能都是没有影响的。物体的动能取决于物体的质量和速度，物体的弹性势能则取决于物体本身的材质及其形变程度。
这个速度和形状，像是物体本身能具有的东西。速度是物体具有这个速度，形状是物体具有这个形状。但位置呢?位置是物体具有的东西吗？位置似乎只说出了物体间的关系。
比如，要知道一个物体静止从高度为h的光滑斜面滑下，到末端时的动能。
在这个重力场的基础上思考，由动能定理易得 E=mgh.
就是这样的，进一步想发现物体的位置会影响重力场对物体的做功(或者说物体的位置与重力场对物体做功有直接联系)。
但是物体的位置是相对的，并不是它本身的属性啊!
不过，物体总是有一个位置才行的，由于在场中我们关注的对象是物体，物体是怎样受场影响的。我们便为其引入重力势能的概念(将位置内化于本身的一种性质)。
重力势能想要说的是物体的位置和重力场对物体做功的关系，又由于重力场本身的性质已经确定下来了，所以可以看作重力势能是物体位置和重力场对物体做功的关系的体现→位置决定着重力势能，所以重力势能反映着物体的位置。
当说重力对物体做功，其实是默认了物体在重力场内。在重力场内，物体才有重力势能。也就是说，在重力场内，物体的位置才会产生相应的影响。
只有重力对物体做功时，
物体机械能守恒是在重力场条件下成立的，是为了方便研究在此条件下的物体。
一个力对物体做正功，如果物体不在什么场内，那么在影响物体的位置时就不会影响其他什么，可能仅是引起其速度或形状的改变。
一个力对物体做正功，如果物体在重力场内，那么在影响物体位置的变化(竖直方向)时就会影响其他什么，而不仅是速度或形状的改变。
补充：在重力场中，物体必然受到重力的作用。如果物体受力平衡，那此时机械能是否守恒？假设水平方向上没有受到力的作用，竖直方向上受力平衡。然后你就会发现这时可能机械能守恒(静止)，可能机械能不守恒(竖直匀速运动)。
静止时是不违背机械能守恒定律的，同时也不违背能量守恒。因为机械能守恒定律只说了在只有重力做功的时候，机械能守恒;并没有说重力不做功的时候，机械能是否守恒。物体在竖直方向上移动，重力必然做工，此时才得以体现出重力场的作用。
现在我们可能清醒了一点，原来一些物理模型忽略、简化了许多东西，还有许多约束条件，但同时也有利于我们的研究。
那电场呢？
和重力场有异曲同工之妙。
我们默认电场的性质是确定下来的，且它的性质不受影响。这个电厂是从电荷与电荷间的作用(库伦定律)中简化而来的，所以回到那里去：电荷的电荷量和电荷种类，及其位置都会产生影响。
在匀强电场中，所受场力由电荷量和电荷种类决定，位置对场力没有影响。
那位置有何影响？
不错，相似地，影响了电场对它的做功。
因此有了电势能，它能反映电荷的相对位置，这样我们便能更好地研究电场中的电荷了。
物理公式将对象的一些状态性质量化地联系起来(在一定情况下)。
比如，一个物体相对于另一个物体，它的速度是v，所以动能是½mv＾2，但无论这个物体相对另一个物体距离一毫米(1㎜)还是亿光年，它的速度都是v，动能都是½mv＾2。也就是物体的相对位置不影响它的能量。
在重力场下，情况就不同了。(重力势能反应出物体在竖直方向上的相对位置。)动能和重力势能都是能量，它们联系在一起了，也就是速度和相对位置产生联系了。在机械能守恒中，可以看作把物体的速度和位置量化成动能和重力势能。
只有重力做功时，物体速度和位置变化，动能增加(减少)的量等于重力势能减少(增加)的量。没有重力场，物体的速度和相对位置不能联系起来。
所以一些量化是有条件的，比如上面所说位置量化成重力势能，要在重力场的作用下才能实现这种量化。(因为在重力场的作用下，物体竖直方向上的位置对物体有影响。)