一个磁铁吸在冰箱侧面可以几十年不掉,虽然不做功,那克服重力的能量从何而来?

把磁铁吸在铁板的下面,还有摩擦力吗?

重力往下,磁铁不掉下来要达到平衡,必然有某样东西要抵抗重力,否者磁铁往下掉就会产生势能。为什么磁体不掉下来,铁就会掉下来,两者难道没区别?不动不做功不等于不消耗能量。两队人拔河,势均力敌僵持不动,难道不消耗能量?

平常我们说的磁铁吸引力,其实不是力,是"场",磁场具有能量。磁铁抵抗重力不掉下来,利用的是磁场势能,这就是能量来源。磁铁具有磁场势能,铁或者其它东西没有这个势能,也就是磁铁和铁的区别。当磁铁失去磁场势能(消磁),也就失去对抗重力掉下来的能量来源了。

磁铁磁化冰箱接触面,其实际是磁体两极异性相吸结合力的结果。

我考虑的是铁板下面吸块磁铁。

楼主看评论后补充说明,也不怕丢脸:

大家都认为静摩擦力。那这个摩擦力的力哪来的,磁体吸力。磁铁吸力哪来的,磁铁有磁场,磁场有磁场势能。磁铁吸力是不是磁场势能产生的?那静摩擦力和磁场势能无关吗?

有说磁体吸力,有说静摩擦力。我用磁场势能更多的解释了你们说的力的来源,这难道错了?

否定静摩擦力,现在想想我应该也是错的。磁场势能和静摩擦力是联系的。静摩擦力离不开磁铁吸力。磁铁吸力来源是因为磁铁有磁场,磁场有磁场势能,应该是这么来的。

静摩擦力是磁场势能的最终表现形式,磁场势能是静摩擦力的源头。

举例吸在铁板下面,只是为了表达,摩擦力可以消失,但磁场依然存在,起决定作用的是磁场。

来说点靠谱的答案。

磁铁吸在冰箱上,磁铁没动,从冰箱和磁铁的整体系统看,没有能量损失。

从磁铁本身看,磁铁受到至少四个力:重力,静摩察力,冰箱对磁铁的吸力(磁力),冰箱对磁铁的支持力。

重力和静摩察力平衡,吸力和支持力平衡。

吸力和静摩檫力都是要消耗能量的。

首先看静摩檫力,产生的原因大致是磁铁表面和冰箱表面的原子电子等的运动产生的,原子的混沌运动从宏观看是统计平均的,也就是说两个物体有相对运动趋势的话,原子的混沌运动会阻止这种趋势,阻止这种趋势的能量来源于原子内力的统计平均。因此原理上看,原子的内能会减小。只是原子内能相对于减小来看几乎是无穷大,所以这个减小就看不出来,现在的技术估计也测不出来。

估计宇宙毁灭了(几百亿年的量级),这个内能减小也未必达到可以测量的地步。

吸力来自电磁力,也是类似的。由于电磁力比重力大很多数量级,所以在宏观层面,一块小小的磁铁就能表现出和地球这个庞然大物产生的重力相抗衡的力。而吸力(磁力)的持续,如果不产生磁场中物体的运动,目前来看不消耗能量。只是这个过程可能会通过压力(磁铁对冰箱)和支持力(冰箱对磁铁)转化成原子运动,有可能还是会消耗能量,或者可能会在统计上平均,变成总体不消耗能量。

但不管怎么说,即使消耗能量,也是不可测量的。

其实题主说的一个主要的问题是,磁铁可以牢牢吸附在冰箱上,这个时候要消耗能量,除此还要克服地球的重力,也要消耗能量,可是几十年磁铁没有掉下来,消耗的能量是哪里来的。问题的关键是磁铁,只要还是磁铁,磁铁对铁器的吸附力就不会变,也就不会从冰箱上掉下来,这样,问题就集中在磁铁上了。记得在高中物理课上,老师做了一个磁力产生的实验,用一根有绝缘层的铜线绕制了一个线圈,没通电以前,这个线圈没有任何磁性,当通上直流电时,这个线圈便有了磁场,用这个线圈的磁场还吸起了一根铁钉。也就是说,直流电通过线圈可以产生磁场,有了这个磁场就对铁产生了吸引力。且不谈为何会对铁产生吸引力,但说磁铁吧,没有线圈怎么会有磁场。这个问题高中的学生都学过,咱们再简单复习一下,线圈通入直流电产生的磁场可以吸铁,通入交流电因为是一个交流的磁场,就不会产生静态的吸力,这个我们暂且不论。根据直流电在线圈产生的磁场,我们可以看做是电荷的定向移动产生的磁场。联系到磁铁上,我们可以认定,在磁铁的物质里,所有电子绕原子核的运动均朝着一个方向运动,所以才产生了磁场,只要电子的定向运动不停止,磁场的磁力就会使磁铁永久吸附在冰箱上。而能量的来源正是电子的定向运动。说到这里,应该明白了吧。

太多人乱回答这个问题,根本不懂基础的物理知识。要回答这个问题首先要了解,做功的概念,做功是能量由一种形式转化为另一种的形式的过程。做功的两个必要因素:作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。经典力学的定义:当一个力作用在物体上,并使物体在力的方向上通过了一段距离,力学中就说这个力对物体做了功。显然,磁铁在冰箱上有作用力,但是没有在力的方向上产生距离。因此不做功,也就不消耗能量,磁铁吸附在冰箱上是不耗能的。

再回答为什么磁铁不会掉下来。首看一下牛顿力学的三大定律。

牛顿第一定律:一切物体在没有受到力或合力为零的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。

牛顿第二定律:物体在受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小与合外力的大小成正比,与物体的惯性质量成反比。

牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。

根据牛顿第一定律,磁铁静止不动,所以外力的合力为零。上图中,以磁铁为参照物,进行力学分析,水平方向,竖直方向合力都为零。

F1为冰箱对磁铁吸引力。(牛顿第三定律)

F2为冰箱对磁铁的支撑力;(牛顿第三定律)

F3为磁铁自身的重力;

F4为冰箱对磁铁的静摩擦力(静摩擦力是两个相互接触的物体,当其接触表面之间有相对滑动的趋势,但尚保持相对静止时,彼此作用着阻碍相对滑动的阻力,这种阻力称为静滑动摩擦力,简称静摩擦力)

由于F1=F2,F3=F4,因此磁铁静止不动。因此只要磁铁的磁性稳定,就不会掉下来,这个过程中不做功,不消耗能量。


这个磁铁与冰箱铁皮作用是电磁相互作用力,当然不会掉落。

这里的电磁力主要表现为吸引力,由于吸引力使磁铁紧紧的贴紧冰箱,产生挤压,由此产生摩擦力,摩擦力跟重力平衡,所以不掉下来。

永久磁铁的电磁能表现在对被吸引物体的磁化。永久磁铁有天然的和人造的,一般人造永久磁铁磁力更强。这些磁铁材料本身结构比较特殊,具有磁矩,通过磁化,这些磁矩就会排列整齐,产生强烈的磁场磁性。

磁性的本质是产生了电磁场,这些电磁场对一些本身带有磁矩的金属会产生磁化作用,比如铁、钴、镍等。

这类本身带有磁矩的物质通过磁化,内部电子的旋转方向被强制改变,自身磁场会沿着磁力线方向改变,从而产生与磁铁外部磁力线方向一致的磁场,就会与磁铁产生相互吸引的状态。

电磁力是在我们现实生活中最普遍的一种力,是世界存在的四大基本力之一。

在日常生活中,除了重力(引力),所表现出来的力都是电磁力。原子以上尺度的力,包括分子与分子之间的作用力、物质的形成、化学的反应、电动机发电机、机械力、压力等都属于电磁作用力的范畴。

电磁力是一种长程力,引力也是一种长程力,但电磁力比引力强大很多,如果引力为1,电磁力强度则为引力的10^36倍,比引力大了1万亿亿亿亿倍。

因此在我们生活中,引力只是在巨大的天体之间才能够显示出来,比如地球能够把人等物体吸引在地表上,但感觉并不明显,只是跳起来想逃离这个引力时才会感觉到。而小的物体,比如人与人之间、汽车与汽车之间、甚至山一般大的巨大的物体之间也几乎不能显示出引力作用。

而电磁力就无处不感觉其存在了,一块物质要把它分开,要花大力气,这就是电磁力的表现。

磁铁吸引在冰箱上,也是一种电磁力,这个比重力大36个数量级的力,给冰箱形成压力产生的摩擦力,当然能够克服并且完胜重力了。

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多次看到这个问题,顺便回顾一下有关功的知识。

物理学规定:如果物体受力且沿力的方向移动移动的距离,就说力对物体做了功。也就是说,物理学里说的功包括两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。二者缺一不可,因此有三种不做功的情况:(1)没用力,根本谈不上做功,叫不劳无功;(2)用了力但物体没有移动,比如用力搬石头,没搬起来,用力推箱子,没推动等,也没做功,叫劳而无功;(3)用了力,物体也移动了距离,但物体移动方向与力的方向垂直,比如在水平面上运动的物体,受到重力和支持力,但运动方向与重力和支持力的方向垂直,重力和支持力都不做功,叫垂直无功。

对于吸在冰箱侧面的磁铁而言,受到重力、摩擦力、吸引力和支持力的作用,但磁铁没有移动,属上述的劳而无功。对此,题主已说明。既然没做功,也就无需消耗能量。

因为磁力大于引力

这个问题牵涉到宇宙四种力中的两种,电磁力和引力。

我们知道在宇宙中存在着四种力:强核力,弱核力,电磁力和引力。其中引力是最弱的,电磁力要比引力大的多。举个例子:我们用梳子梳过头发后,梳子上就有了电磁力,这个力可以把掉在地上的小纸片吸起来,说明重量达60万亿亿吨的地球对纸片的引力,还没有梳子上的电磁力大。

所以磁铁会克服重力牢牢地吸附在冰箱上。

克服重力不需要能量,只需要力!

图示:冰箱贴美化生活,冰箱贴不会掉,是依赖磁力和摩擦力,只要这两者之和能对抗重力就不会掉落,物理世界中力和力对抗并不耗能。


先抛开磁铁,让我们想想一个木块放在有摩擦力的斜面上,它也可能静止地呆在斜面上几十年不下滑,那么帮助它克服重力需要消耗任何能量吗?不需要,只需要摩擦力=重力的分量,那么就能保持静止不动。

如果还是不能理解,那么想想考驾照时的坡道起步,当汽车拉下手刹停止在斜坡上时,汽车同样受到地球引力影响,这你只要松开刹车就能明白。那么当汽车静止在坡道上时,它克服地球引力需要消耗能量吗?当然不需要。否则停在坡道上的车,就会自动耗油了。

图示:坡道起步,驾照重点考察内容。


最后再说一个例子,悬在半空不动的电梯,只要它不动,它就不需要耗能,只需要提供足够大的摩擦力即可。

图示:电梯井,悬挂电梯的钢索。如果钢索承受不住,电梯的重量就会发生断裂。但是不仅克服重力,还要向上运动,那么你就需要耗能了。


为什么我们总是将力和能量这两个概念混在一起呢?

因为,假如这力由人来主动提供,那大多数情况下,我们的身体的确是需要消耗能量,才能提供力。比如用手指将木块用力压在光滑的墙上,是很累人的活,又或者将自己悬挂在单杠上。

图示:仅仅只是吊着就很累,因为我们的肌肉会因重力的影响收缩来对抗重力将它撕裂的倾向!不管这收缩多微弱,都意味着做功耗能。


但特别喜欢倒挂的蝙蝠,就很少动用肌肉的能量,这是它的休息姿势不是它在锻炼身体,而这是通过肌腱锁定机制来实现的,用肌腱这个强大的抗拉材料,来对抗地球的重力。


与此类似,许多鸟儿站在树枝和电线上,也同样具有肌腱锁定机制,这能让它们不需要或者少消耗能量,就能保证自己不掉下去,一点都不累。

图示:电线上的鸟儿,世界各国常见风景


当鸟儿抓住电线时,它的脚关节肌腱就自动锁定了。只要肌腱的构成能支撑住身体的重量,它就不需要消耗能量来维持身体平衡或至少只需要消耗很少能量,也不用担心自己会掉下去,当它要飞走的时候,它才需要动用肌肉解锁关节,放开脚爪自由飞翔。

图示:当利用肌腱锁定脚爪后,就不需要肌肉收缩提供能量了,依靠肌腱的本身的物理性质提供力量,这是不需要耗能的,但这依赖的是特殊的肌腱和关节形状,以及它们的物理性质。


希望我已经将这个问题分析透彻足以解惑了

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问出这种问题……真的为我们的基础科学教育担忧!这本就是对基础力学的知识点没掌握没理解造成的。

然后很多回答(先不说里面的内容是否准确)都没有回答到点子上,没有针对题主的疑问作出解答,这是审题都没有过关,读书时做阅读理解到底有没有拿过分的?

下面针对题主疑问解答:力和能量是两码事。

提问的这个例子里,磁贴吸住冰箱表面的铁没掉下来,这种是状态,不是过程,在这个参照系里的所有东西都是静止的,没有物体移动,物体里的能量没有发生输出/输入,没有能量发生转移,没有做功,谈何“这个能量从何而来”?这个例子里根本没有能量半毛钱事!只是跟力有关系。

提问的例子里,换成“一个重物放在桌子上,被桌子支撑着没有掉到地上”也是一样的,是等价的。

是强力和弱力保持着桌子的微观结构没有改变,没有破裂或形变,在宏观上可把这视为桌子的支持力,只要重物受到的引力不大于桌子的支持力(由桌子微观结构里所有强力和弱力组成),两个力保持平衡,所以重物继续保持着原有的位置和状态——静止,没掉到地上。

题主的例子,是磁贴有电磁力吸着冰箱表面,两者之间的摩擦力与磁贴受到的引力平衡,所以磁贴保持着原有的位置和状态——静止,没掉到地上。

什么时候才涉及能量?

有位移(有做功)、有形变、有热传递、有辐射放出。即有状态改变的才涉及能量的输出/输入(能量转移)。没状态改变的只是物质之间的力保持平衡而已。

所以题主疑惑的本质其实是“这个力是怎么来的,怎么有的,为啥它能一直有并且保持不变?”

四大基本力(强力、弱力、电磁力、引力)是物质本身就自有的性质。目前我们知道物质有这样的性质,也认识它们,了解它们的脾气,并能准确地计算它们。但它们为啥有、为啥一直就在,这个问题无解,只能说宇宙产生时所有的规律就已经被设定好了,而物理学就是把所有的就些规律给找出来,并让我们人类能去利用这些规律的学科。

也来谈谈。其实题主提的这个问题,与地球围绕太阳不停地运转,其能量是从哪里来的?电子围绕原子核不停地运动,其能量是谁提供的?诸如此类的提问是一个问题,就是关于能量的问题。

我个人认为,能量不存在消耗不消耗的问题,只存在一种形式的能量向另一种形式的能量转化的问题。先从物质、能量与运动三者的关系说起,我们知道,物质与能量密切相关,这种关系按照爱因斯坦质能方程可知,质量为m的物体,则蕴含或者说包含的能量为mcc。我们再回到初中物理、化学知识上,比如说汽车运行要消耗汽油能量,即汽油与氧气产生化学反应,释放热能,推动气缸中活塞运动从而带动汽车运行。那么,物质、能量消耗了吗?没有,化学反应前后除物质形态的前后变化外,是汽油的部分内能转化为热能了。

我们再来说能量,它到底是什么?辩证唯物主义认为,物质都是运动的,不运动的物质是不能存在,运动是物质的存在方式、根本属性。实际上,哲学上运动是物质的根本属性,与爱因斯坦的质能方程E=mcc,本质上是一回事,即物质以它的运动来蕴含能量,能量不能单独存在,它以物质的运动为自己的根本存在方式。这好似很难理解,但实际就是这样的。比如热能,现在人类认识到,它是分子平均运动快慢的量,虽然这不是对热能最为本质的认识,比如中子星中已经没有了分子、原子,但热仍然存在,但它说明能量与运动所存在的内在联系。

那么,力又是什么呢?我们平常说,我没有吃饭,一点力气都没有,说明力来源于能量。就是说,能量在进行转化的过程中,产生了力。还以上面的例子来说明,我们知道,汽油燃烧,不是核能转化来的,是原子间的结合能即化学转化为热能的,产生的热能,由高能量向低能量转化的过程中(高温到低温),产生了推动活塞运动的力。

从而可知,题主所说的问题,也是如此,即在磁铁的内部,也存在着特殊的运动形式(比如像分子的热运动那样的运动形式),来蕴含着磁能量,蕴含的能量以内部运动形式存在着,在不与外界物体接触时,不产生对外的作用(外力);而当磁铁与磁物质相遇时,就产生了它们之间的能量形式的转化,且转化是相互的,从而产生的作用力与反作用力也是相互的。

为什么产生的磁力是永久性的呢?这是因为能量的蕴含与转化只是相对来说的,比如电子的运动,相对于原子来说是蕴含着内能,而相对于原子核来说是外能。在一个原子内部,电子围绕原子核运动,这种运动蕴含着这个原子的部分能量(其它部分是大部分,是蕴含在原子核内部的),同时由于是圆周运动,运动方向时刻在变化着,存在着运动的变化(速度是矢量),也就是能量时刻在转化着(可能是转化为电子自旋的能量,只是猜测),因此电子围绕原子核运动的向心力时刻存在着。题主的问题也是如此,当磁铁与电冰箱结合后,在磁场的作用下,磁铁与电冰箱已经不是二个物体了,而是一个事物的二面,其能量的转化成为内部的永久转化,因此磁力永存。(首)