一個磁鐵吸在冰箱側面可以幾十年不掉,雖然不做功,那克服重力的能量從何而來?

物原愛牛毛1


一個磁鐵吸在冰箱側面可以幾十年不掉,雖然不做功,那克服重力的能量從何而來?

當磁鐵吸附在冰箱側面時,它是處於一個靜止的狀態。根據牛頓第一運動定律,一個處於靜止狀態的物體,其受到的合外力是為零的。

經過簡單的分析後,我們就可以得出,在這種狀態下,磁鐵受到了4個力,分別為磁鐵與冰箱側面之間互相吸引的電磁力(這是兩個力)、地球的重力以及磁鐵與冰箱側面之間的摩擦力,這4種力兩兩相對,互相平衡,從而使磁鐵處於一個靜止的狀態。

因此我們可以得出一個結論,“一個磁鐵吸在冰箱側面可以幾十年不掉”這種現象,只是一種力的平衡現象,其中並沒有能量的消耗,當然也就不存在“克服重力的能量從何而來?”這個問題了。

那麼磁鐵的電磁力又是哪來的呢?

原子是由原子核和電子組成,其中原子核帶正電荷,電子帶負電荷。在原子的內部,電子不停地圍繞著原子核運動,同時也在不停地自旋,因為運動的電荷會形成電流,同時也會產生磁場,所以電子的這種運動就會產生磁場。

在大多數物質中,由於電子的運動雜亂無章,這種由電子產生的磁效應就會相互抵消,從而在宏觀上不表現出磁性。但在鐵磁性物質的電子之間,存在著一種極強的相互作用——“交換耦合”,這使得它們產生的磁場能自發地在一個個很小的區域內統一起來,我們將這一個個很小的區域稱之為“磁疇”。

從上圖可以看到,對於一塊鐵磁性物質來講,它是擁有很多磁疇的,一般情況下,這些磁疇是不會沿同一方向來排列,因此它們也不會在整體上表現出磁性。然而如果我們將一塊鐵磁性物質放入一個足夠強大的磁場中,那麼這些磁疇就會在外力的作用下被“拉”到同一個方向,在這種情況下,這塊鐵磁性物質就被磁化了,變成了我們常見的磁鐵。

需要指出的是,由於鐵磁性物質的電子之間存在著極強的“交換耦合”,因此鐵磁性物質在磁化以後,即使外部的磁場被撤去,其內部磁疇依然會保持一致,從而在宏觀上表現出磁性。根據量子理論,在磁鐵(永磁體)內部的磁疇是能量最小化後的結果,這就意味著,只要沒有外力干預,那麼磁鐵就一直擁有磁性,這就是磁鐵的力量來源。


回答完畢,歡迎大家關注我們,我們下次再見`


魅力科學君


回答摩擦力的都是蠢材!!!把磁鐵吸在鐵板的下面,還有摩擦力嗎?

回答不做功不消耗能量讓題主回去學中學物理的也都是蠢材,怎麼可能不消耗能量!重力往下,磁鐵不掉下來要達到平衡,必然有某樣東西要抵抗重力,否者磁鐵往下掉就會產生勢能。為什麼磁體不掉下來,鐵就會掉下來,兩者難道沒區別?不動不做功不等於不消耗能量。兩隊人拔河,勢均力敵僵持不動,難道不消耗能量?

題主的問題其實很好。上面說了很多廢話替題主喊個冤,其實是湊點字數,哈哈哈~~莫怪

平常我們說的磁鐵吸引力,其實不是力,是"場",磁場具有能量。磁鐵抵抗重力不掉下來,利用的是磁場勢能,這就是能量來源。磁鐵具有磁場勢能,鐵或者其它東西沒有這個勢能,也就是磁鐵和鐵的區別。當磁鐵失去磁場勢能(消磁),也就失去對抗重力掉下來的能量來源了。

要是回答的不好,那我也是蠢材,悉聽教誨。

我考慮的是鐵板下面吸塊磁鐵。

樓主看評論後補充說明,也不怕丟臉:

大家都認為靜摩擦力。那這個摩擦力的力哪來的,磁體吸力。磁鐵吸力哪來的,磁鐵有磁場,磁場有磁場勢能。磁鐵吸力是不是磁場勢能產生的?那靜摩擦力和磁場勢能無關嗎?

有說磁體吸力,有說靜摩擦力。我用磁場勢能更多的解釋了你們說的力的來源,這難道錯了?

否定靜摩擦力,現在想想我應該也是錯的。磁場勢能和靜摩擦力是聯繫的。靜摩擦力離不開磁鐵吸力。磁鐵吸力來源是因為磁鐵有磁場,磁場有磁場勢能,應該是這麼來的。

靜摩擦力是磁場勢能的最終表現形式,磁場勢能是靜摩擦力的源頭。

用靜摩擦力否定磁場勢能是錯的,用磁場勢能否定靜摩擦力也是錯的。

兩者原本一體

再補充說明,我考慮的是磁鐵吸在鐵板下面。而大家考慮的是原題主的吸在冰箱側面。


血染盔甲


來說點靠譜的答案。

磁鐵吸在冰箱上,磁鐵沒動,從冰箱和磁鐵的整體系統看,沒有能量損失。

從磁鐵本身看,磁鐵受到至少四個力:重力,靜摩察力,冰箱對磁鐵的吸力(磁力),冰箱對磁鐵的支持力。

重力和靜摩察力平衡,吸力和支持力平衡。

吸力和靜摩檫力都是要消耗能量的。

首先看靜摩檫力,產生的原因大致是磁鐵表面和冰箱表面的原子電子等的運動產生的,原子的混沌運動從宏觀看是統計平均的,也就是說兩個物體有相對運動趨勢的話,原子的混沌運動會阻止這種趨勢,阻止這種趨勢的能量來源於原子內力的統計平均。因此原理上看,原子的內能會減小。只是原子內能相對於減小來看幾乎是無窮大,所以這個減小就看不出來,現在的技術估計也測不出來。

估計宇宙毀滅了(幾百億年的量級),這個內能減小也未必達到可以測量的地步。

吸力來自電磁力,也是類似的。由於電磁力比重力大很多數量級,所以在宏觀層面,一塊小小的磁鐵就能表現出和地球這個龐然大物產生的重力相抗衡的力。而吸力(磁力)的持續,如果不產生磁場中物體的運動,目前來看不消耗能量。只是這個過程可能會通過壓力(磁鐵對冰箱)和支持力(冰箱對磁鐵)轉化成原子運動,有可能還是會消耗能量,或者可能會在統計上平均,變成總體不消耗能量。

但不管怎麼說,即使消耗能量,也是不可測量的。


神采奕奕迤邐而行


太多人亂回答這個問題,根本不懂基礎的物理知識。要回答這個問題首先要了解,做功的概念,做功是能量由一種形式轉化為另一種的形式的過程。做功的兩個必要因素:作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離。經典力學的定義:當一個力作用在物體上,並使物體在力的方向上通過了一段距離,力學中就說這個力對物體做了功。顯然,磁鐵在冰箱上有作用力,但是沒有在力的方向上產生距離。因此不做功,也就不消耗能量,磁鐵吸附在冰箱上是不耗能的。

再回答為什麼磁鐵不會掉下來。首看一下牛頓力學的三大定律。

牛頓第一定律:一切物體在沒有受到力或合力為零的作用時,總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

牛頓第二定律:物體在受到合外力的作用會產生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小與合外力的大小成正比,與物體的慣性質量成反比。

牛頓第三定律:兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一條直線上,大小相等,方向相反。

根據牛頓第一定律,磁鐵靜止不動,所以外力的合力為零。上圖中,以磁鐵為參照物,進行力學分析,水平方向,豎直方向合力都為零。

F1為冰箱對磁鐵吸引力。(牛頓第三定律)

F2為冰箱對磁鐵的支撐力;(牛頓第三定律)

F3為磁鐵自身的重力;

F4為冰箱對磁鐵的靜摩擦力(靜摩擦力是兩個相互接觸的物體,當其接觸表面之間有相對滑動的趨勢,但尚保持相對靜止時,彼此作用著阻礙相對滑動的阻力,這種阻力稱為靜滑動摩擦力,簡稱靜摩擦力)

由於F1=F2,F3=F4,因此磁鐵靜止不動。因此只要磁鐵的磁性穩定,就不會掉下來,這個過程中不做功,不消耗能量。\r



傑森JSDS


一個力對物體做功,不僅需要有力還需要在力的方向上發生一段位移。把一個箱子放在桌面上保持靜止,桌面對箱子會有支持力的作用,在支持力的方向上沒有位移,所以桌子對箱子不做功。箱子能夠在桌子上安安穩穩的靜止很長時間,桌子也不會感到累。把一塊磁鐵吸在冰箱壁上,很長時間也不會掉下來,此時也沒有力對這塊磁鐵做功。

手裡提著一個箱子保持不動,此時手對箱子施加了向上的拉力,卻沒有發生向上的位移,這樣的話人就不會對箱子做功,可是過一會人就會累得胳膊撐不住。為什麼把箱子放在桌子上桌子不累?為什麼把衣服掛在衣架上衣架不會累也不會消耗能量呢?

把物體放在桌子上或者掛在架子上,物體受力平衡而處在靜止狀態,此時不會消耗能量,桌子和衣架不會感到累。

人提著箱子站著不動,那是自我感覺沒動,只要人的肌肉在繃緊用力,肌肉的收縮就會有一定的頻率。想一想端起一盆水的情景,剛開始可以端的比較平穩,端上幾分鐘後胳膊就開始發抖。肌肉長時間負荷會發生肌肉痙攣(抽筋)現象,發生肌肉痙攣時會明顯的感覺到肌肉的收縮具有一定的頻率。

肌肉有頻率的收縮會使提著的箱子有頻率的上下晃動,箱子向上晃動的過程需要克服重力做功,箱子向下運動的時候需要阻礙它動能的增大。這些過程都需要消耗能量,這些能量自然就需要由人來提供,所以人提著箱子不動,或者人站著不動都會感到累。


刁博


因為磁力大於引力

這個問題牽涉到宇宙四種力中的兩種,電磁力和引力。

我們知道在宇宙中存在著四種力:強核力,弱核力,電磁力和引力。其中引力是最弱的,電磁力要比引力大的多。舉個例子:我們用梳子梳過頭髮後,梳子上就有了電磁力,這個力可以把掉在地上的小紙片吸起來,說明重量達60萬億億噸的地球對紙片的引力,還沒有梳子上的電磁力大。

所以磁鐵會克服重力牢牢地吸附在冰箱上。


冬哥譜科


克服重力不需要能量,只需要力!

圖示:冰箱貼美化生活,冰箱貼不會掉,是依賴磁力和摩擦力,只要這兩者之和能對抗重力就不會掉落,物理世界中力和力對抗並不耗能。


先拋開磁鐵,讓我們想想一個木塊放在有摩擦力的斜面上,它也可能靜止地呆在斜面上幾十年不下滑,那麼幫助它克服重力需要消耗任何能量嗎?不需要,只需要摩擦力=重力的分量,那麼就能保持靜止不動。


如果還是不能理解,那麼想想考駕照時的坡道起步,當汽車拉下手剎停止在斜坡上時,汽車同樣受到地球引力影響,這你只要鬆開剎車就能明白。那麼當汽車靜止在坡道上時,它克服地球引力需要消耗能量嗎?當然不需要。否則停在坡道上的車,就會自動耗油了。

圖示:坡道起步,駕照重點考察內容。


最後再說一個例子,懸在半空不動的電梯,只要它不動,它就不需要耗能,只需要提供足夠大的摩擦力即可。

圖示:電梯井,懸掛電梯的鋼索。如果鋼索承受不住,電梯的重量就會發生斷裂。但是不僅克服重力,還要向上運動,那麼你就需要耗能了。


為什麼我們總是將力和能量這兩個概念混在一起呢?

因為,假如這力由人來主動提供,那大多數情況下,我們的身體的確是需要消耗能量,才能提供力。比如用手指將木塊用力壓在光滑的牆上,是很累人的活,又或者將自己懸掛在單槓上。

圖示:僅僅只是吊著就很累,因為我們的肌肉會因重力的影響收縮來對抗重力將它撕裂的傾向!不管這收縮多微弱,都意味著做功耗能。


但特別喜歡倒掛的蝙蝠,就很少動用肌肉的能量,這是它的休息姿勢不是它在鍛鍊身體,而這是通過肌腱鎖定機制來實現的,用肌腱這個強大的抗拉材料,來對抗地球的重力。


與此類似,許多鳥兒站在樹枝和電線上,也同樣具有肌腱鎖定機制,這能讓它們不需要或者少消耗能量,就能保證自己不掉下去,一點都不累。

圖示:電線上的鳥兒,世界各國常見風景


當鳥兒抓住電線時,它的腳關節肌腱就自動鎖定了。只要肌腱的構成能支撐住身體的重量,它就不需要消耗能量來維持身體平衡或至少只需要消耗很少能量,也不用擔心自己會掉下去,當它要飛走的時候,它才需要動用肌肉解鎖關節,放開腳爪自由飛翔。

圖示:當利用肌腱鎖定腳爪後,就不需要肌肉收縮提供能量了,依靠肌腱的本身的物理性質提供力量,這是不需要耗能的,但這依賴的是特殊的肌腱和關節形狀,以及它們的物理性質。


希望我已經將這個問題分析透徹足以解惑了


裸猿的故事


問出這種問題……真的為我們的基礎科學教育擔憂!這本就是對基礎力學的知識點沒掌握沒理解造成的。

然後很多回答(先不說裡面的內容是否準確)都沒有回答到點子上,沒有針對題主的疑問作出解答,這是審題都沒有過關,讀書時做閱讀理解到底有沒有拿過分的?

下面針對題主疑問解答:力和能量是兩碼事。

提問的這個例子裡,磁貼吸住冰箱表面的鐵沒掉下來,這種是狀態,不是過程,在這個參照系裡的所有東西都是靜止的,沒有物體移動,物體裡的能量沒有發生輸出/輸入,沒有能量發生轉移,沒有做功,談何“這個能量從何而來”?這個例子里根本沒有能量半毛錢事!只是跟力有關係。

提問的例子裡,換成“一個重物放在桌子上,被桌子支撐著沒有掉到地上”也是一樣的,是等價的。

是強力和弱力保持著桌子的微觀結構沒有改變,沒有破裂或形變,在宏觀上可把這視為桌子的支持力,只要重物受到的引力不大於桌子的支持力(由桌子微觀結構裡所有強力和弱力組成),兩個力保持平衡,所以重物繼續保持著原有的位置和狀態——靜止,沒掉到地上。

題主的例子,是磁貼有電磁力吸著冰箱表面,兩者之間的摩擦力與磁貼受到的引力平衡,所以磁貼保持著原有的位置和狀態——靜止,沒掉到地上。

什麼時候才涉及能量?

有位移(有做功)、有形變、有熱傳遞、有輻射放出。即有狀態改變的才涉及能量的輸出/輸入(能量轉移)。沒狀態改變的只是物質之間的力保持平衡而已。

所以題主疑惑的本質其實是“這個力是怎麼來的,怎麼有的,為啥它能一直有並且保持不變?”

四大基本力(強力、弱力、電磁力、引力)是物質本身就自有的性質。目前我們知道物質有這樣的性質,也認識它們,瞭解它們的脾氣,並能準確地計算它們。但它們為啥有、為啥一直就在,這個問題無解,只能說宇宙產生時所有的規律就已經被設定好了,而物理學就是把所有的就些規律給找出來,並讓我們人類能去利用這些規律的學科。


知道得太多鳥


力與能量搞混了,人用力會消耗能量,是因為人類為了發出這個力,不斷的施加電信號給肌肉組織,導致肌肉組織收縮產生了力,是一個連續的生物化學能量的釋放產生的力。為了維持這個力不斷消耗生物能量。

磁鐵的磁力理論上是不消耗能量的,產生磁力並相吸引的兩個物體之間存在勢能,當兩者接觸後不再相互運動,勢能就不再釋放。能量就不會消耗。在磁力的作用下,磁鐵與冰箱表面產生的摩擦力與磁鐵的重力產生平衡,磁鐵與冰箱相對靜止,不再消耗磁力勢能和重力勢能。但是磁鐵的磁力也會衰減,如果冰箱不生鏽,它也會掉下來的,只是時間漫長,超過了您可以等待極限。


JackLin160150263


其實題主說的一個主要的問題是,磁鐵可以牢牢吸附在冰箱上,這個時候要消耗能量,除此還要克服地球的重力,也要消耗能量,可是幾十年磁鐵沒有掉下來,消耗的能量是哪裡來的。問題的關鍵是磁鐵,只要還是磁鐵,磁鐵對鐵器的吸附力就不會變,也就不會從冰箱上掉下來,這樣,問題就集中在磁鐵上了。記得在高中物理課上,老師做了一個磁力產生的實驗,用一根有絕緣層的銅線繞制了一個線圈,沒通電以前,這個線圈沒有任何磁性,當通上直流電時,這個線圈便有了磁場,用這個線圈的磁場還吸起了一根鐵釘。也就是說,直流電通過線圈可以產生磁場,有了這個磁場就對鐵產生了吸引力。且不談為何會對鐵產生吸引力,但說磁鐵吧,沒有線圈怎麼會有磁場。這個問題高中的學生都學過,咱們再簡單複習一下,線圈通入直流電產生的磁場可以吸鐵,通入交流電因為是一個交流的磁場,就不會產生靜態的吸力,這個我們暫且不論。根據直流電在線圈產生的磁場,我們可以看做是電荷的定向移動產生的磁場。聯繫到磁鐵上,我們可以認定,在磁鐵的物質裡,所有電子繞原子核的運動均朝著一個方向運動,所以才產生了磁場,只要電子的定向運動不停止,磁場的磁力就會使磁鐵永久吸附在冰箱上。而能量的來源正是電子的定向運動。說到這裡,應該明白了吧。


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