主题：试谈力学问题－－和音响初哥商榷

一、问题的由来

以下是引用音响初哥在2005-11-25 23:58:00的发言：
2）速度和位移同样是各个元件共同作用的结果，……，应该不存在速度决定位移的说法吧？

以下是引用bernoulli在2006-03-04 23:38:35的发言：
当然存在这个说法。
所有的机械运动都因受力而引起。由力产生加速度（即牛顿第二定律F=ma），然后，对加速度积分就得到速度，再对速度积分就得到位移。所以我们如果不考虑积分上下限（即时间）和积分常数（即初速度和初位移）时，就可以通俗地说：力决定了加速度，加速度决定了速度，而速度决定了位移。

以下是引用音响初哥在2006-03-05 00:05:13的发言：
呵呵，楼上的DX，谢谢关注！
1）对扬声器而言，我认为振动系统力平衡方程为：F=Mm*a+Rm*v+x/Cm,恐怕不能简单理解成受力驱动的质量块。
2）加速度，速度，位移，三者之间的关系，相位关系是一定的，幅值之间的关系还有个频率因数，怎么决定呢？
以上第2点，应该是我原贴所要表达的意思，如还有问题可继续讨论！

二、对初哥第一个问题的思考

以下是引用音响初哥在2006-03-05 00:05:13的发言：
1）对扬声器而言，我认为振动系统力平衡方程为：F=Mm*a+Rm*v+x/Cm,恐怕不能简单理解成受力驱动的质量块。

音响初哥，牛顿定律是普遍适用于宏观物体作低速（相对于光速而言）运动的普遍规律。决不能认为它只对“受力驱动的质量块”适用。

请注意，牛顿第二定律中被研究对象M可以是质量的集合，F则指的是被研究对象M所受的合力。请你先做个移项，写成(F-Rm*v-x/Cm)=Mm*a，问题就清楚了。括号里面的是什么？是系统所受的合力，即强迫力、摩擦力和弹性力的矢量和。现在只要我们把这个合力记为F，如果我们用F1来代替括号内原来的F，而把合力记作F，于是就有：F=(F1-Rm*v-x/Cm)=Ma，也即F=Ma.

三、对初哥第二个问题的思考
以下是引用音响初哥在2006-03-05 00:05:13的发言：
2）加速度，速度，位移，三者之间的关系，相位关系是一定的，幅值之间的关系还有个频率因数，怎么决定呢？

为了更清晰地理解与相位相关的问题，我想先借用一下面向对象编程的术语，被研究物体是一个“对象”，对这个对象施加力是一种“方法”，相位则是对象的一种“属性”，频率也是一种“属性”。当我们对一个对象进行某种“方法”的操作时，会使这个对象的一些“属性”的状态发生改变。

如果我们把运动规律具有周期性的所有事物视为一个“类”，那么这个类中的所有对象都具有一些共同的属性，例如频率和相位。

要强调指出的是，加速度、速度和位移三者都是矢量，所谓“对加速度积分就得到速度，再对速度积分就得到位移”，其中的积分都应该是矢量积分。对于周期函数，在用复数表达时，相位是自然地包含在其中的，频率也同样是自然地包含在e^jwt里面的。至于三者之间的具体相位关系则取决于加速度的变化方式，可以千变万化。

好深呀，看来小弟要先回家复习一下物理再来看贴了，呵呵．

谢谢指教！

谁敢否定“牛二”？（反正我没有，也不敢）

重要的你所说的合力，是各元件相互作用的结果，Ma是不是也可以理解为惯性力呢？

不同的角度有不同的结论，再从能量守恒的观点来考虑一下呢？

假设外力为零，加速度由谁来决定呢？

为什么一定要用积分方法来分析问题呢？难道不可以用微分的方法来分析？

积分是一种累积统计的方法，而研究实时的运动状态的变化，微分是不是更合适呢？

正如力平衡方程所示，既然是系统的问题，当然要把位移，速度，加速度综合起来考虑，根本不可能孤立的看问题！关键看你分析的出发点在什么地方！

其他问题在上一个回复里！

1。Ma可以理解为惯性力。但是只对于非惯性系而言。
牛顿运动定律只适用于惯性系。所谓“惯性力”，指的是在非惯性系中，为了使牛顿运动定律仍然有效而引入的一个假想力，用来解释物体在非惯性系中的运动。
“惯性力”是物体的惯性在非惯性系中的一种表现，并不反映物体间的相互作用。它也不服从牛顿第三定律。对于惯性力来说，没有施力物，也没有反作用力。例如，前进的汽车突然刹车时，车内乘客就感觉到自己受到一个向前的力，使自己向前倾倒，这个力就是惯性力。又如，汽车在转弯时，乘客也会感到有一个使他离开弯道中心的力，这个力即称“惯性离心力”。

2。守恒定律适用范围比牛顿定律要宽得多，无论是宏观物体，还是微观物体，它们在低速下运动或是在高速下运动都应遵守的守恒定律。常见的运动守恒定律主要有动量守恒、动量矩守恒、角动量守恒和机械能守恒。在运动学以外，则还有和能量守恒、电荷守恒、奇异数守恒、重子数守恒、同位旋守恒等等。
但是对于同一个运动，不管使用牛顿定律还是守恒定律，应该得出完全一样的结果。对于解题来说，通常总是用守恒定律比较简单，只是守恒定律使用条件比较严格。

3。在所受外力的合力为零时，任何物体都保持原有的运动状态不变。即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。这也就是老牛的第一定律。顺便说一句：不受外力和合外力为零是两种不同的情况。自然界实际上不存在不受外力的物体。

没关系啊！很支持这种观点！！

我们见过面？？？看来下次不能用这个名字了，呵呵！！

第一点，我明白！

第二点，跟您说实话，好多俺不知道，以后向您学习！好在俺只说了能量守恒，在这里当然只是说振动系统的能量守恒问题，在详细点是扬声器的振动系统的能量守恒问题，呵呵，有点贫！估计现在没争议了！

说说第三点，我想争论的关键在于外力的定义，我理解的外力是来自振动系统之外（或者叫强迫力），扬声器的振动系统中的阻尼和顺性元件本来就是振动系统的一部分，没有听说扬声器只考虑振膜（低频时可以认为是质量块）的位移量而不考虑顺性的线性范围的。当强迫力为零时，这时的振动应是阻尼振动吧，而振膜在某时刻的加速度，恰恰取决于该时刻的位移和速度！

振动系统既然是一个系统，就一定不是孤立元件来决定一切（要考虑考虑生态平衡嘛），一定是各元件相互作用！

对于扬声器而言，驱动部分的作用力是和速度有关的！！原因我想很简单，反电动势Blv!

振动系统受的强迫力为：f=Bl(Eg-Blv)/Re（此处忽略了音圈电感），这个力是速度的函数，不是那么简单吧！

正是由于力是速度和频率的变量，加上顺性系统、磁路系统、阻抗等大量复杂的非线性存在，用传统那种简化的力学方程去计算扬声器的速度、加速度、位移等特性谈何容易，就是借助计算机和很优秀的扬声器的假定模型，如LEAP系统，也不能准确预测，有些只能给出大概趋势。这也是扬声器区别与其他自然科学，如电子、计算机、化学、医学等地方，没有人能准确预见所有结果，扬声器的物理模型需要不断去完善，学无止境呵！！

哈哈，FUYU兄还记着当年的一板砖啊？继续PK。。。。。。。

俺不认为扬声器与其他学科有什么不同，每个学科有每个学科的难题，只不过咱们这些门外汉不了解而已！

任何预测都有误差的问题，但不能说因为有误差就认为不可知，预测不重要，没意义！比如地震海啸的预报就非常不精确，但不能说地震海啸的预报没意义或者不重要！前段时间关于扬声器位移计算的讨论也可以说是在讨论线性区域的问题，或者说是在讨论如何避免扬声器工作在非线性区域的问题！线性位移的计算也可以认为是对扬声器“安全性工作状态”的一种预测！任何产品的设计不做安全性设计或者可靠性设计，一定是冒险的和错误的！

再复杂的模型也是由基本的模型建立起来，有限元也是从基本方程开始的！

初哥兄以上言论完全正确，我的本意也不是宣传不可知论，旨在强调复杂性，我最近正在看LEAP5。0的建模理论，根据其的实际测量和模型预测还是相当吻合的。

我也不同意你把扬声器特殊化。你知道确定扬声器运动状态之难，只是因为你对扬声器了解比较深入而已。其实，鉴于目前人类的认识手段，可以说在任何领域都还没有可能建立精确的数理模型，以致研究时只能瞄准一定层次进行粗粒化描述。相反的事实倒是模糊数学和混沌理论可以应用于几乎任何学科。
经典的老故事，古希腊哲学家芝诺在大圆内画了一个小圆，然后对学生说“大圆的面积代表我掌握的知识，小圆的面积代表你掌握的知识，圆以外就是无知的部分。因为大圆周长比小圆长，所以接触到的无知部分也比小圆多。
你之所以敢说其它学科比扬声器简单，就是因为你对其它学科知之较少。

对于扬声器所受外力，不完全同意你的观点，除了强迫力，还必须计入阻尼力。阻尼力除了空气的摩擦阻尼外，还应该包括粘性阻尼和结构阻尼（也即迟滞阻尼）。当强迫力为零时，振系正是在阻尼力的作用下作减幅振动的。此时振系的加速度为负值（因受力方向与运动方向相反）仍然取决于外力（即阻尼力），速度和位移仍然由加速度积分而得。

不复杂呀，你不是已经写出来了吗？在一个物理量二阶导数的表达式中含有这个物理量的一阶导数，是最正常不过的事。你学微分方程不正是为了解决此类问题吗？

现象是对的，但这到底是由什么引起的？
这个让FUYU和初哥之类名校高才生困惑多年的问题，实际上就是非线性！只是我有点疑心：FUYU和初哥对非线性这个名词的理解可能还停留在中学里直线和曲线的阶段。对线性系统和非线性系统的概念至少应该更新到这个程度：线性系统的整体的行为或性质是部分之和，复杂性不因叠加产生，只要知道初始条件，即可了解过去，预测未来。而在非线性系统中，叠加原理失效，整体的行为和性质不等于各部分的行为与性质的和，系统行为对初始条件的微小变化极端敏感，长期行为不可预测，具有决定论性混沌和内在随机性。
伽利略通过观察比萨大教堂吊灯的摆动，发现了单摆定律。惠更斯则利用摆的等时性发明了钟表。长期以来，钟表是精密的象征，而单摆则是钟表的灵魂。但是，现在我们知道，单摆的等时性仅仅只是小振幅下的近似（注意：扬声器理论在小信号状态下也有足够的精度）。思考一下当这个近似条件不成立时，情况又会如何，那么一个丰富多彩的全新物理世界就会展现在我们面前。在这个新世界中，一只蝴蝶在巴西上空煽动翅膀，可能在一个月后会在美国得克萨斯州引起一场风暴。目前的事实是，单摆已经成了各大学讲授混沌学的入门例子。
而小小一个扬声器中却有数个非线性系统，磁场分布是非线性的，弹波和折环的恢复力是非线性的，振系的质量和密度分布也是非线性的，阻尼力也是非线性的。呵呵，难怪FUYU老弟要无奈地感叹“没有人能准确预见所有结果”了。
鉴于这个问题虽然十分有趣，但毕竟十分复杂，所以不便在这个主题中展开。我在消声室另外开了一个关于非线性的主题，欢迎感兴趣的朋友去看看。我会根据读者的感兴趣程度而决定写多少内容。不过也只能限于介绍概念而已，输入的困难和阳春白雪的孤独，都决定了我必须把真正的数学内容全部割爱。