洛伦兹力来自电场力的洛伦兹变换?《张朝阳的物理课》探讨力的本质

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在参考系的变换下,电磁场与力是怎么改变的?洛伦兹力本质上只是另一个参考系的电场力?9月18日12时,《张朝阳的物理课》第八十五期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇直播间,探讨洛伦兹力的本质。

张朝阳先介绍了匀速运动电子的电磁场怎么求,以及一般性的电磁场在参考系变换下怎么改变,然后通过单个匀速运动电子的电磁场结果分别求出了无穷长带电导线、无穷长直线电流的电场与磁场,最后利用这些结果以及四维力的形式,成功说明了洛伦兹力只不过是另一个参考系上的电场力。

首先,张朝阳借助电磁势公式推导了匀速运动带电粒子的电磁场,并介绍了一般情况下电磁场在参考系变换下应该怎么变的公式。通过变换公式,可以很快速地从静止点电荷的电场得到匀速运动点电荷的电磁场,所得结果与直接从电磁势计算得到的结果是一致的。

在得到匀速运动带电粒子的电磁场公式之后,将这些公式运用到了匀速运动的无穷长带电直线上,通过积分求出了无穷长带电直线的电场与无穷长直线电流的磁场。张朝阳介绍说,这些结果可以分别通过高斯定理与安培环路定理求得,所得结果是一致的,由此也就验证了前面所得的匀速运动点电荷的电磁场公式的正确性。

最后,张朝阳借助一个较为特殊的中性无穷长直线电流模型以及一个与导线中的正电载流子同步运动的线外点电荷,在与线外点电荷保持静止的惯性系S’上,无穷长直导线不再是电中性的了,点电荷只受到电场力的作用。通过四维力的洛伦兹变换规则,张朝阳成功地将S’上点电荷的电场力变换成了最开始的惯性系中的洛伦兹力,从而说明了洛伦兹力本质上是另一个参考系中的电场力。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播八十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在直播,网友可以在“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航,直播讲述航空航天事业发展史;北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课——“奇趣的科学实验”;中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻,一起互动玩转科学。

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