诺奖级重大科学研究：发现空间第五种力：流动力

zhouqiang15898

重大科学研究：发现空间第五种力：流动力
                      周强
说明：经过二年来推出流动力的相关研究文章，大家一定对流动力很好奇，本文着重谈谈流动力的概念！

内容摘要 本文作者经过对大量气象和物理理论的温度场和压强梯度的研究，发现了物理学的第五种力---流动力！这个力的发现具有划时代的研究意义，对气象模型的建立，气象受力分析（台风等），地震理论建立和受力分析，天体模型的建立以及动力工具的受力分析（如飞机设计就不需要依靠风洞来获得大量的设计实验数据，直接使用流动力模型参数数据就可以分析飞机模型的受力状况）等等都有极重要的价值！


关键词：流动力，流动力差， 理想气体，马德里实验，气象

1. 1 流动力
定义：在一个开放的环境里，任何物体都会有流动的趋势，从高温流向低温，从高浓度流向低浓度，从高压到低压，那么这个流动趋势就存在一个流动的力，把这个流动的力称为流动力。用字母F表示：
F= k Tρg / P  （注：此公式为原创，未经作者同意不得引用）        （1）
这里k是修正系数，
如果是理想状态，K等于R为普适气体常量
物理量纲为L^2*T^(-2)*M* N ^(-1)* Θ^(-1)
g为星球对物体的重力加速度
物理量纲为L*T^(-2)
T为此流动物质温度
物理量纲为Θ
ρ此流动物质的浓度
物理量纲为N* M*L^(-3)
P为此流动物质所受的压强
物理量纲为M*T^(-2)*L^(-1)
当然如果把浓度ρ换算成密度ρ，则ρ可以写成nρ，
则公式可以写成：F= k Tnρg / P

（2）      
这里n为此物质的量（分子的数量或摩尔数） 物理量纲为N
    ρ为此物质的在空间密度
物理量纲为M*L^(-3)
1.2流动力差
    定义：在一个开放的环境里，一个物体从A地流向B地时，或从B地流向A地，必然存在一个高温流向于低温，从高浓度流向于低浓度，从高压到低压的一个流动过程，并最终达到一个相对平衡过程。在一个开放的环境里，不管什么样的物体，它们每时每刻都在和外界寻找这样一个相对平衡的过程。那么物体能不能互相流动，决定于他们二地的流动力的差值，我们把他称为流动力差！用字母f表示：
f = FB- FA =k TBnBρB g / PB- k TAnAρA g / PA
即
f =k（TBnBρB / PB - TAnAρA / PA）g （注：此公式为原创）（3）
由（3）式知：
当TAnAρA / PA / PA＞TBnBρB / PB时，　　　　（4）
物体从A地流向于B地
当TAnAρA / PA＝TBnBρB / PB时，（5）
物体处于相对平衡状态
当TAnAρA / PA / PA＜TBnBρB / PB时，（6）
物体从B地流向A地
   
1.3物体为什么能漂浮在空中
由（1）的流动力差和物体在星球所受的重力我们可以知道：
1）．当物体的流动力差大于物体的重力时：
即
f＞mg               （7）
物体就会飘在空中
2）．当物体的流动力差等于物体的重力时：
即
f=mg                （8）
物体就会处于相对平衡状态
3）．当物体的流动力差小于物体的重力时：
即
f＜mg              （9）
物体就会降落和静止在地表面上

2.实验和推理：
2.1推理1：为什么理想气体不考虑重力？
从（2）知道物体的流动力是F=
k Tnρg / P，当物体是理想气体的时候：
则有k=R。另外从理想状态方程PV =nRT可以得P=nRT/V代入（2）：
F= R Tnρg / （ nRT/V）=ρVg
(10)
又因为m=ρV
则：F=mg
也就是当物体处于理想气体的状态时，他的流动力是等于他的重力，那么流动力和重力的力差f：
f=F-mg=mg-mg=0
也就是说当物体处于理想气体的状态时，他的流动力抵消了重力，换句话说，这时的理想气体可以不考虑重力！
这也就是为什么理想气体只适合高温低压的原因，我们从流动力公式F=
k Tnρg / P中可以看出，只有高温（T）或者低压(P)，流动力才能保证大于重力，也就是流动力抵消重力的影响，理想气体才是符合理想方程的，否则一旦流动力低于重力，这个理想方程就不成立了！
2.2推理2：马德里实验的压力就是流动力差
设球外面为A，里面为B，则：f = k TBnBρB g / PB- k TAnAρA g / PA，而因为里面为真空状态，则B的流动力为零，则f=- k TAnAρA g / PA = -ρAVA g,而这里VA等于球表面积SB和高h的剩积，所以f=-ρAVA g = -ρA g h* SB，因为ρA g h却是压强PA
所以f=-ρA g h* SB = -PA* SB
这时球体所受的压力跟流动力差是一样的！其实很多真空状态都是这样，比如假肢套，比如深陷污泥拨不出来（要拨出很简单，通根皮管加高压水即可解除真空）等等
2.3实验：
2.3.1实验过程：在乌兰布和沙漠监测不同时段的相对湿度和温度数据

Figure 1. In the WuLanBuHe desert measurement experiment data

图1.在乌兰布和沙漠测量实验数据

在太阳底下隔着这么大的一块石碑，测出在乌兰布和沙漠2012-10-17， 16：41左右的数据：测得阴面相对湿度是32（温度9），而阳面湿度是5（温度19）
2.3.2实验数据：
这是2012-10-17在乌兰布和沙漠测量的数据：（为了原则原味，数据没用电脑标准格式）


Table 1 In 2012-10-17 WuLanBuHe desert measurement data
表1 2012-10-17在乌兰布和沙漠测量的数据（这里ρ是相对湿度非浓度）
2.3.3实验计算：
在一个很小的空间，压强是基本相等的！那么他们的流动力是否相等？我们现在以2012-10-17， 16：41测的数据计算一下二组的受力情况
通过计算可以得出二地流动力近似相等！（计算过程省略）
从流动力F= k Tρg / P 知道，只有T和ρ发生变化(以16:41的测得数据为例），T增大（阳光下19度），ρ就减少（阳光下湿度为5），T减少（阴面下温度9），ρ就会增大（阴面下湿度32）！
   这就是热空气会阻碍水汽的原因也是导致沿海台风的原因，一旦沿海地区森林破坏，沿海的裸露的地表在阳光下，温度急剧升高，引起沿海大陆的气流流动力接近海洋气流的流动力，导致大量海洋水汽被阻沿海，造成沿海水汽高压带，大量海洋水汽被阻的最终结果就是就地解决形成暴雨，甚至台风出去或改道！
3.总结：

流动力是通过物体的浓度，温度和压强来传递能量的一种力，它可以解决气象，地震，天体运转，动力工具等等应用的受力分析都有极重要的价值和重大意义！


2009-8月提出

2012-2月完稿

2013-03-05修订

zhouqiang15898

什么是流动力？
   就是从高温流向低温，从高浓度流向低浓度，从高压到低压的趋势，或者由温度，浓度，压强三者决定的一个 力（流动势能的体现），就象重力一样（重力势能的体现）

tom.hp

高浓度流向低浓度

浓度就是密度吧，楼主要表达的意思应该就是内能的释放和转化。而高温、高压这种状态下内能都是比较高的。

另外，流动力应该面向的是流体，气体、液体都可以称为流体。在一定情况下液体如气体，但液体压缩程度远远不及气体。

测得阴面相对湿度是32（温度9），而阳面湿度是5（温度19）

两侧露点温度应该相同，所以气温高湿度就低，反之亦然。

zhouqiang15898

3# tom.hp

谢谢您的回复！

浓度不是是密度吧，任何物体都可以通过浓度，温度、压强来寻找平衡。

流动力不光流体有，固体也有的，这就是有固体潮汐的原因！

露点是饱和点，不同的温度的露点是不一样！而在白天沙漠，湿度很难达到露点的，所以温度和湿度的变化跟露点没有关系

r6144

如果用通常的物理原理来解释的话，气体重力、马德里实验等问题中需要考虑的是压力，它的大小等于压强P乘以受到此压强的面积。

在气体重力问题中，如果出于分析目的划分出一个空气柱对其受力进行分析，则其下表面受到下方空气向上的压力，上表面受到上方空气向下的压力（侧面受到的压力为水平方向，故可暂不考虑），而实际上下方空气（在下表面处）的压强比上方空气高，因此空气柱所受总压力有向上的分量；当空气柱的密度与周围空气相同时，它所受总压力与重力大致相抵消，受力平衡，而如果空气柱的密度较周围低（或高），它所受合力就有一个向上（向下）的分量，使其上浮或下沉，这个现象在现实世界中也是存在的（例如火堆上方热空气的上升）。楼主的理论能否解释密度不同导致上浮下沉的情况呢？

在马德里实验中，球外气体压强较大，球内气体压强很小（如果抽到真空则为零），因此两者对球的总压力是向内的。

温度不同时的传热过程，压强不同时的流动过程，浓度不同时的扩散过程，这些也都可以用通常的物理原理来解释。在微观上，这些过程是物体分子的随机热运动和相互碰撞导致的，碰撞在日常情况下归根结底都是电磁力，热运动则是分子无数次被碰撞（以及受其它可能存在的力的作用）后的结果，没有必要另外提出第五种力来解释这些现象。

另外，如果不考虑蒸发、凝结、流动、扩散等影响水汽浓度的因素，则空气中水汽的浓度大体保持不变，温度升高则饱和水汽压（或浓度）升高，相对湿度自然降低。3楼所说的露点大致也就反映了这个浓度。

zhouqiang15898

5# r6144

谢谢阁下的回复！

1.如果用通常的物理原理来解释的话，气体重力、马德里实验等问题中需要考虑的是压力，它的大小等于压强P乘以受到此压强的面积。

回复：其实压强在地球来说，更多是重力的反映！特别是固体和液体，这从液体的压强公式推导就知道：P=mg/s=ρVg/s=ρshg/s=ρhg。而气体要复杂一点，要受重力和流动力差的影响，但总体还是受重力的影响。

2.在气体重力问题中，如果出于分析目的划分出一个空气柱对其受力进行分析，则其下表面受到下方空气向上的压力，上表面受到上方空气向下的压力（侧面受到的压力为水平方向，故可暂不考虑），而实际上下方空气（在下表面处）的压强比上方空气高，因此空气柱所受总压力有向上的分量；当空气柱的密度与周围空气相同时，它所受总压力与重力大致相抵消，受力平衡，而如果空气柱的密度较周围低（或高），它所受合力就有一个向上（向下）的分量，使其上浮或下沉，这个现象在现实世界中也是存在的（例如火堆上方热空气的上升）。楼主的理论能否解释密度不同导致上浮下沉的情况呢？
回复：按照牛顿 第三定律，那你认为这个压力是什么力？谁作用的力？他怎么跟重力抵消的？物理里基本认为大气压强是重力的作用，那压力怎么又可以抵消重力的影响？自己抵消自己？

火堆上方热空气的上升，从流动力公式很容易理解F= k Tnρg / P，温度升高，流动力就变大，那他不能向下（有地表阻挡），就只能上升了，也正因为他大量上升（没有森林地表，太阳一晒，温度升高，流动力变大），也就阻碍了沿海的水汽输送啊！

3.在马德里实验中，球外气体压强较大，球内气体压强很小（如果抽到真空则为零），因此两者对球的总压力是向内的。
呵呵，这时压力跟我的流动力差一样并不矛盾啊！

4.温度不同时的传热过程，压强不同时的流动过程，浓度不同时的扩散过程，这些也都可以用通常的物理原理来解释。在微观上，这些过程是物体分子的随机热运动和相互碰撞导致的，碰撞在日常情况下归根结底都是电磁力，热运动则是分子无数次被碰撞（以及受其它可能存在的力的作用）后的结果，没有必要另外提出第五种力来解释这些现象。
回复：那好，传热过程也好，压强流动过程也吧，还是浓度扩散过程，总之他们的这些过程通过什么力来执行的？总不能发生这些过程无缘无故发生的吧？或者用这些运动现象来解释本质问题吧？您说了那么多还不是现象问题，你觉得从物理角度合理吗？究竟本质他们受的什么力？

5.另外，如果不考虑蒸发、凝结、流动、扩散等影响水汽浓度的因素，则空气中水汽的浓度大体保持不变，温度升高则饱和水汽压（或浓度）升高，相对湿度自然降低。3楼所说的露点大致也就反映了这个浓度。
回复:那好，究竟什么原因会导致这么短的距离会导致一个开放环境的二地相对湿度完全不一样？我们从牛顿第一定律知道，物体要保持惯性（二地保持相对平衡），只有合力等于0！那么请问二地什么合力等于0？

methk

感谢楼主的讨论。由于时间非常有限，我只能回应一下最吸引我的一个点

r超版：
2.在气体重力问题中，如果出于分析目的划分出一个空气柱对其受力进行分析，则其下表面受到下方空气向上的压力，上表面受到上方空气向下的压力（侧面受到的压力为水平方向，故可暂不考虑），而实际上下方空气（在下表面处）的压强比上方空气高，因此空气柱所受总压力有向上的分量；当空气柱的密度与周围空气相同时，它所受总压力与重力大致相抵消，受力平衡，而如果空气柱的密度较周围低（或高），它所受合力就有一个向上（向下）的分量，使其上浮或下沉，这个现象在现实世界中也是存在的（例如火堆上方热空气的上升）。楼主的理论能否解释密度不同导致上浮下沉的情况呢？


楼主：
回复：按照牛顿 第三定律，那你认为这个压力是什么力？谁作用的力？他怎么跟重力抵消的？物理里基本认为大气压强是重力的作用，那压力怎么又可以抵消重力的影响？自己抵消自己？


火堆上方热空气的上升，从流动力公式很容易理解F= k Tnρg / P，温度升高，流动力就变大，那他不能向下（有地表阻挡），就只能上升了，也正因为他大量上升（没有森林地表，太阳一晒，温度升高，流动力变大），也就阻碍了沿海的水汽输送啊！


我的理解
如你所说，那是大气压强。压强不是力，我们平时说压力只是通俗的说法。压强P=F/A, F是重力的话，A便是受重力面积。因此压强不能与重力抵消，本来就不是同一种物理量。对一空气块处于流体静力平衡来说，与重力抵消的，是另一种向上的力:垂直气压梯度力，是由下方与上方大气的压强差产生的。这里发生的事情，不是牛顿运动第三定律所描述的。这定律说的是物体A施加在物体B的作用力与物体B"回赠"给物体A的反作用力相等但方向相反。注意，由于作用力和反作用力的受力者不同，就谈不上抵消了。你用力推墙，会感受到有力推你向後，这就是作用力与反作用力的例子。
现在垂直气压梯度力与重力抵消。一个比喻就是，我和你用相等大小但方向相反的力去拉一只钢杯。我们的力抵消了杯不动，而这情况我们所出的力不是作用力与反作用力的关系。

火堆上的热空气上升，简单来说就是阿基米德原理。空气受热密度下降到比周围空气密度低，因此上升。

zhouqiang15898

7# methk
谢谢阁下的回复！
大气压强的压力从物理的角度来说本身就是重力的体现，他是不可能抵消自己的重力！那么什么力抵消了重力？

热空气上升不是简单的密度问题（表面上密度是一个方面）！

r6144

回复：其实压强在地球来说，更多是重力的反映！特别是固体和液体，这从液体的压强公式推导就知道：P=mg/s=ρVg/s=ρshg/s=ρhg。而气体要复杂一点，要受重力和流动力差的影响，但总体还是受重力的影响。

压强是单位面积上的压力，通过受力平衡关系，它也会反映物体所受到的其它所有的力，这包括但不仅限于重力。如果压力没有把其它力平衡掉，那么物体（例如一个空气柱）就会流动，压强的分布也随之改变，最终压力与其它作用力往往会趋于平衡（不过也有长期达不到平衡的情况）。P=ρhg是只存在重力和压力的气体或液体中，两者达到平衡时的压强分布。

如果在空间中人为划分出一个小区域，考虑其中空气的受力情况，则它表面上的每一部分都受到来自周围空气的压力。methk所说的气压梯度力，其实就是各个方向上压力的合力。

回复：按照牛顿 第三定律，那你认为这个压力是什么力？谁作用的力？他怎么跟重力抵消的？物理里基本认为大气压强是重力的作用，那压力怎么又可以抵消重力的影响？自己抵消自己？

一个区域内空气在表面上某处所受的压力，其作用者为表面另一侧的空气。它的反作用力就是区域内空气对表面另一侧空气的压力，两个压力大小相同方向相反。

在微观上，上述压力来自区域内空气分子与另一侧空气分子的碰撞，它与重力是具有不同本质的两种独立的力，两者只是有时会达到平衡而已。

火堆上方热空气的上升，从流动力公式很容易理解F= k Tnρg / P，温度升高，流动力就变大，那他不能向下（有地表阻挡），就只能上升了，也正因为他大量上升（没有森林地表，太阳一晒，温度升高，流动力变大），也就阻碍了沿海的水汽输送啊！

这里应该没有必要考虑空气的非理想特性。如果是理想气体，温度升高时如果压强不变，体积必然增大而导致密度减小，Tρ / P保持不变，照理讲你所说的流动力也应该仍然与重力保持平衡才对。这个流动力方向的确定方式也有问题；如果在吊车吊臂那样的架子上放些棍子之类的可燃物并点燃，此时热空气朝任何方向运动都没有受到多大的阻挡，那它为什么会向上呢？通常的物理理论便可以更好地解释这个问题。

回复：那好，传热过程也好，压强流动过程也吧，还是浓度扩散过程，总之他们的这些过程通过什么力来执行的？总不能发生这些过程无缘无故发生的吧？或者用这些运动现象来解释本质问题吧？您说了那么多还不是现象问题，你觉得从物理角度合理吗？究竟本质他们受的什么力？

本质就是“这些过程是物体分子的随机热运动和相互碰撞导致的，碰撞在日常情况下归根结底都是电磁力，热运动则是分子无数次被碰撞（以及受其它可能存在的力的作用）后的结果，没有必要另外提出第五种力来解释这些现象。”

回复:那好，究竟什么原因会导致这么短的距离会导致一个开放环境的二地相对湿度完全不一样？我们从牛顿第一定律知道，物体要保持惯性（二地保持相对平衡），只有合力等于0！那么请问二地什么合力等于0？

你是说什么物体所受的合力为零？

两地相对湿度相差很大是因为温度相差很大，而这么大的温差在短距离内可以保持，是因为阳面时刻在吸收阳光的热量，而石头的导热性能不太好（空气更差），不能很快地将这些热量传导至阴面。