有资料就可以分析的稍微具体一点了,如下:
《用柱面坐标系求解傅科摆运动》
“傅科摆的核心问题是讨论摆球在相对于地面参考系的运动中, 由于受到因地球自转而给它的科里奥利惯性力作用, 从而使单摆的摆动面发生旋转。定性的解释比较简单, 而定量计算却比较复杂,通常采用的是摆球所在平面的直角坐标系O—XY, 或者将它转化为复平面,用复数x+iy求解 J, 或者用与摆球固连的动坐标系O—X Y ,通过坐标变换求解。 这虽然都能导出所需结论,但演算冗长繁琐,而且结论也欠直观, 费时费力,学生也难以理解。例如文(1)中周衍柏先生通过近2个页面的推导后,得到:”
......一大堆玩意,从略,
文中给出了柱面坐标系下的简化算法,其基础是: “由相对于自转的地球动力学方程: ma=mg + T + 2mw×v ” 由此得到了最后的“正弦结果”, 上式中的2mw×v 是“科里奥利力”,
科里奥利力的计算公式如下: F=m*v*w 式中F为科里奥利力;m为质点的质量;v为质点的运动速度; w为旋转体系的角速度;*表示两个向量的外积符号。
显然如果用“科里奥利力”来解释傅科摆(当然还有mg和T), 就只有地球自转速度w和摆动方向的线速度v, 完全没有考虑到摆球在垂直于摆动平面方向上的“初始地转线速度”u, 所谓傅科摆的惯性其实应该指的就是这个u和-u方向不变的惯性, 所以估计在“乒乓摆”问题上就要出问题了?
“乒乓摆”的极限简化模型是(或假设乒乓摆的摆幅极小): 假设没有重力或重力极小,即:mg=0或mg≈0, 那么当释放摆球后,摆球仍具有初始线速度u, 但由于只受到T的向心力作用,球不会沿u的方向飞走,而是跟随地球同步旋转, 这里之所以要限制“乒乓摆”的摆幅,主要是为了便于思考想象, 其实只要摆球不越过悬吊点O即可形成“乒乓摆效应”---失去“摆向不变”性,
傅科摆的轨迹问题就以后再说了,
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