试论大学物理中的“对称性”与力学三大守恒定律的关系

试论大学物理中的“对称性”与力学三大守恒定律的关系

作者：赵波

来源：《神州·下旬刊》2018年第04期

摘要：“对称性”，是物理力学分析中的主要内容，它与物理学中的众多理论都有着密切的联系。基于此，本文着重对大学物理中“对称性”与力学三大守恒定律的关系进行论述，以达到重新梳理物理学相关知识，实现学科研究知识在归纳中拓展的目的。

关键词：大学物理；“对称性”；力学三大守恒定律

引言：

随着社会理论分析的视角逐步拓展，人类文明的研究领域也在逐步拓宽。大学物理，是人类应用现有理性思维知识，实现世界资源、空间分析的直接体现。大学物理教师在教学过程中，为了对“对称性”进一步解读，将其与力学三大守恒定律结合在一起，全面实现理论知识综合解析。

一、对称与“对称性”之间的关系

对称，是在二维平面轴对称的定义上延伸出来的理论，是指处于同一平面中两个平行物体，它们在样式、颜色、空间分布等方面都相同，但其方向却相反的物质。而对称性，是在对称概念的基础上，延伸出来的形态特征。如某一物体经过某一个周期旋转后，依旧与原来的图像相互吻合，那么，我们就称物体的这种特征为“对称性”[1]。

“对称性”原理，是牛顿力学原理基础之一。力学在这一理论之上，引申出物质发展的对称性与不对称的关系，进而对物质守恒的相关原理进行证明论述。此外，“对称性”的分析，也能够进一步拓展质量、数量层面的延伸，小到一粒微尘的变化，大到世界物质的生存与死亡，均遵循着“对称性”和“非对称性”之间的关系[2]。

二、“对称性”与力学三大守恒定律之间的关系

（一）时间平移与能量守恒定律

依据力学的能量守恒定律可知：物质中的能量不会凭空产生，也并不会凭空消失，它的运作始终遵循着能力均衡的状态。而大学物理中提到的“对称性”，也是从这一层面，对时间的运动规律进行总结。如，我们每天经历的时间均是24小时，每一小时又分为60分钟，每一分钟又被分为60秒。今天如此，昨天亦如此，未来也如此。如果将其看作是力学中的能量，则每一天的时间运转，均处于平衡的状态中。

以更具体的例子来解析，假定一粒子的势能一维运动过程中，其受力为F，做功为A。则按照热能、动能的转换原理来看，A与F之间，在势能区间内，平行进行一维运动，始终保持热能转换与动能损耗相互平衡的状态，即F=A的能量转换。由此可见，时间在发生平移变换的过程中，也将与不同形式的能量，发生相互转换，但能量自身的总数却没有发生变化。

此外，我们对能量守恒的分析过程中，对永恒工作的永动机的分析，就是对力学守恒与时间平移对称理论相互冲突的代表。由此来看，只要物理做功过程中有损耗，在时间平移的“对称性”特征就存在。

（二）空间对称性与动量守恒定律

大学物理中空间对称性理论认为：只要实验环境相同，实验的结果就相同。而物理力学中动能守恒定律中，也对物质产生的能量变化的定义为：物质动能转换是周期循环的，两者在空间形态的变化上，都以“恒定”作为论证的最后关键词。

运用更具体的例子对其分析，即一粒子在一维运动场中的运用，始终处于势能规定区域（X，M）之间运动，设定粒子的运动函数为P，则函数P粒子能量运动轨迹的变化，始终位于势能空间变化之中。如果函数P只是空间发生变化，则我们是不会看到粒子能量变化的轨迹。而当质点处于一个绝对位置时，质点的运用变化，需要通过空间平移的变化，来分析粒子势能状态中运行状态。因此，势能空间的平移变化，可作为粒子质点发生变化、运用过程的主要分析渠道，也是保障物理运动过程中，相互作用力之和为零，即两个之间之间的作用力和反作用力之间始终保持平衡，而这一理论，正是物理力学中动量守恒定律的主要内容。

（三）空间转换与角量守恒定律

空间转换理论，是指在实验条件相同的情况下，物理实验与空间的取向无关，设定其实验方向后，其实验产生的结果、实验操作的过程，并不会因此而发生变化。即空间之间发生平移时，其实践的空间同向性也相同。而角量守恒定律，则是认为：质点对固定点的的角动量，与时间的变化轨迹产生的力、与质点到该点的外部延伸点之间有着密切性关联。

以更为具体的例子来分析，一粒子在一维运动空间区域（V，A）之间运动，且运动过程中，绕其核心轴X旋转后，坐标旋转中产生的轨迹运动力，与质点到轨迹运动的趋向变化的力平衡，则（V，A）之间的力变化，均不能脱离X轴运动空间变化，即X轴上质点产生的力，与（V，A）之间的力的变化合力为零。

即大学物理中的“对称性”与力学角量守恒之间的关系，可以运用函数空间对应性的理论对其进行解释。当物质所在的空间角度发生变化时，空间结构的信息，物质运动过程中所产生的动力，也会随着物质的变化而变化。但力的产生与变化过程，始终遵循中合力为零的标准，实现物质空间内力的划分，因此，空间转换后，只是将物体内容，以平移、复制的方式，放置到另一个空间中，其实质并没有发生较大的变化，因此，物质运动后，空间转换依旧与其原有状

态保持一致，正是对物理守恒定律中，角量守恒变化的相关内容进行分析，在现代物质分析的主要表现。

结论：

综上所述，试论大学物理中的“对称性”与力学三大守恒定律的关系，是物理力学知识整合关于分析的理论基础，对于理论知识额整合具有一定的指导作用。在此基础上，结合对称和“对称性”的关系，分别从间平移与能量守恒定律、空间对称性与动量守恒定律、以及空间转换与角量守恒定律层面，分析大学物理中“对称性”的特征。因此，浅析大学物理中的“对称性”与力学三大守恒定律的关系，是当代物理学知识深入研究的体现。

参考文献：

[1]蒋逢春，卢雪艳，吴杰，李俊玉.混合式教学在大学物理实验中的应用分析[J].物理通报，2018（01）：2-6+9.

[2]冯炎尧，汪小刚，陈均朗.新高考模式下的大学物理与中学物理有效衔接的研究[J].课程教育研究，2018（01）：158.

作者简介：赵波，男，籍贯：贵州织金，1995年2月出生，学历：本科。

通讯作者：彭双艳