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探索“博科摆”测量地球自转的原理
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2008/09/05 16:36
点击:6821次

有关"博科摆"测量地球自转的原理,现在似乎还是个很模糊的问题?
这令我感到有些迷惑不解,还是野鹤的"陀螺不倒"问题给我的启发,
想到这其中的道理应该是基本相同的,暂且不说"陀螺不倒"的问题,
就说这个"摆向不变"的问题,现在居然扯到什么遥远的星系参照等问题了,
还有就是用"科里奥利力"来解释的,似乎都很牵强?

 

其实这个"摆向不变"的问题很好解释:
假设博科摆放在地球的极点O处,先把摆球拉开一个角度,假设到平衡点O的投影距离为R,
此时摆球的线速度v=地转角速度 * R
然后释放摆球,当球摆到平衡点O的另一边时,
由于惯性,球的速度方向将保持不变,
但是此时的线速度显然是 -v,刚好与原来的线速度v方向相反,
这就使得科博摆开始逆地球自转方向旋转,

 

球再摆回到初始释放位置时,又变成了与地球自转线速度同方向的v,
这样在摆的"周期/2"里,线速度是v;
在另一个"周期/2"内,线速度是 -v,
所以最后的结果是:博科摆保持了原来的摆动方向不变,

 

当然,精确的定量描述需要积分,结果将显示:
博科摆的轨迹实际似乎不应该是一条直线,而是一条空间曲线?
总之,这与宇宙惯性系和科里奥利力好象没有关系吧?

 

由此可以设想出一个不会转动的"乒乓博科摆":
还是在极点处,只是在平衡点O处放一块完全弹性的木板,
依然先把摆球拉开一个角度,然后释放,球到达O点处时,就被木板反弹回来,
于是球不能到达平衡点O的另一边,于是这个"乒乓博科摆"也就不会相对地球旋转了?


不知各位对这个问题怎么看?还请多指点,

 

 

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 [2楼]  作者:222.240.99.*  发表时间: 2008/09/05 18:02 

老杨,
我认为傅科摆的摆球方向不变和陀螺不倒、不象是同一个原理。
傅科摆、摆球的摆动方向不服从地球自转的领导。
陀螺转动的切线方向老实的服从地球自转的安排。

曾云海
 [3楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/05 18:05 

北半球时,地球逆时针转动,24小时一圈,因此单摆的摆动平面顺时针转动。24小时一圈。

※※※※※※
流水和气流不会改变其中超声波束的传播方向——动煤质波动理论呼之欲出!
 [4楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/05 18:10 

北半球时,地球逆时针转动,24小时一圈,因此单摆的摆动平面顺时针转动。24小时一圈(高纬度)。在低纬度通常是摆动平面周期性变化但不是一圈。

※※※※※※
流水和气流不会改变其中超声波束的传播方向——动煤质波动理论呼之欲出!
 [5楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/09/05 18:25 

    这都属于简单的惯性原理问题还要来“探索”啊,如此精力过剩说明你至少还有80年的寿。

※※※※※※
相对论误导科学走斜路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
 [6楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/09/05 18:29 

探索、测量地球引力场风是无用功。

※※※※※※
流水和气流不会改变其中超声波束的传播方向——动煤质波动理论呼之欲出!
[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/05 18:36 

对【2楼】说:

首先老曾认为象这样解释“博科摆不变”是否合理?是否已经有相同的解释方法可以参考?


说到与“陀螺不倒”的关系就要说到那个“章动”,
显然水平旋转的陀螺在重力下是要向下倾倒的,即出现章动角变化,
按照野鹤的原始思维,假设陀螺面的“零点”处的某质点P随倾倒而产生运动---章动,
那么P就有一个与章动角速度ψ=(M/I)t 相对应的线速度v,
那么当P点转到“6点”方位时,由于惯性,v的方向不变,
但是倾倒线速度的方向却由原来的v变为-v,于是产生了抗倾倒惯性力矩,
这与博科摆的线速度v方向“自转换”后,达到平衡的道理基本一致?


只不过一个是抗倾倒,一个是抗变向,是不是很相似?
也许可以称其为:线速度方向自变换引发的平衡效应,或者简称为“线速度平衡效应”?
暂时还不清楚这个东东是否很有用,
只是感觉在陀螺领域总是回避详细讨论陀螺不倒的原因---章动线速度方向“转变”,
而在博科摆问题上,又没有找到象样的解释,似乎是没有提到过这个---初始线速度方向“摆变”的问题?

 

 [8楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2008/09/05 21:40 

我在思考,这是不是绝对静止系存在的证据?用随地球一起公转,不随地球一起自转的光介质做绝对静止参考系,会有那些矛盾解决不了呢?
 [9楼]  作者:hsx205  发表时间: 2008/09/05 22:44 

它跟我的一个预言暗合,很可能与引力波有关。
学术界用惯性来解释很可能是有问题的
 [10楼]  作者:222.240.55.*  发表时间: 2008/09/05 23:15 

对【7楼】说,
在陀螺不倒的问题上,我没有想到章动,承教!
傅科摆的方向不变的问题,我没有看见过和我相同的解释(作为参考),算我瞎蒙的吧。不过,我认为我的解释是符合牛顿惯性定律的——因为没有外力迫使摆球改变运动的方向,至于摆球的摆动则是重力的问题了——如果将傅科摆置在极地、摆球在地面的投影应当是23.9小时多一个完整的圆(因为地球每年实际是自转366圈);如果置在赤道、它对地面的投影就只能与赤道成一不变的交角了。虽然我找不到相同的解释资料,我认为航天科学家是明白这个道理的,他们将将嫦娥一号拨正方向对准月轴方向、被月球俘获后、就以这不变的方向绕月公转了,从月球的自转就可以摄到月球的全貌了。

曾云海
[楼主]  [11楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/06 00:59 

对【5楼】说:
我说的“乒乓博科摆”就是针对只讲“惯性”还不够的问题,
没有线速度方向“摆变”,只有惯性还是不行?
[楼主]  [12楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/06 15:56 

对【10楼】说:

老曾可能是误解了,我的意思是:
如此用“线速度方向摆变”来解释“博科摆不变”的方法是否已经有了?
或者类似的方法也可以,我找了一下,没找到,所以拿到论坛来请教各位,
毕竟我的知识、消息、资料有限,还请各位帮助查询一下?


或者“线速度方向摆变”的解释并不合理?所以才找不到类似的说法?
联系到“陀螺不倒”的问题,似乎也是含糊其词,不说清要点,
不太明白其中的奥妙呀,难道这里也有类似“陀螺悖论”那样的问题吗?
没看出来呀,这里的问题似乎比陀螺来的简单明了,

[楼主]  [13楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/06 16:14 

对【9楼】说:

暂时还没看出来与引力波有关呀?
不过显然只用惯性来解释是不够的,
虽然在摆动过程中,有半径变化引起的“科里奥利力”问题,
但那个影响很小,只是影响到摆球的轨迹可能不是简单的平面曲线,
但这好象不是“摆向不变”的原因?


“惯性”也不应该是摆球来回摆动方向上的运动惯性,
而是摆球在初始位置上所具有的“地转线速度”v(大小和方向)的惯性,
而且如果没有“线速度方向摆变”,也还是不能保证“摆向不变”,
比如“乒乓博科摆”就是一例?



 [14楼]  作者:222.240.97.*  发表时间: 2008/09/06 18:03 

老杨,
我的2楼是开玩笑的,我认为还是老刘的5楼说的对,(陀螺不倒和傅科摆摆球方向不变)“都属于简单的惯性原理的问题”。正是由于那陀螺转动的切向速度的方向不变才维持了陀螺不倒,在那陀螺自由转动的短期内、它的自转轴对(自转的地球的)地面倾斜不了多少,它不会倒——它的切线方向不变和傅科摆的摆球摆动方向不变都是不服从地球自转安排的。
你的引文说陀螺不倒是由于章动、我是不能理解的。——我所知道的章动:因为太阳一年有两次通过地球的赤道面、月球一月有两次通过地球的赤道面,而赤道面与黄道面有23.5度的交角,太阳和月球的引力对地球形成力矩,使地轴摆动,这就叫地轴的章动(陀螺的章动在哪里呢),正好相反,是用了陀螺不倒的原理解释了地轴的章动——地球自转方向不变的惯量不会因为日月引力的力矩改变黄道面与赤道面的夹角,只能是地球的春分点每年向西移50″.2564,地球自转轴旋进周期约为25700年——这里是用陀螺不倒解释章动引起的地球自转轴旋进——你的引文是用章动造成了陀螺不倒——所以我是不理解的。

曾云海
 [15楼]  作者:爱果斯坦  发表时间: 2008/09/06 18:29 

杨先生的解释很好,这样,摆锤来回就不是一条直线, 而是一条像面包的线, 虽然包凸很小,我深信能测量。

要更进一步研究,这是新发现。

 [16楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/09/06 19:12 

对【11楼】说:

    你拿个地球仪做个实验﹕在球面上找一个活动支点,再以这支点为球面切线方向上置一根针,转动球体而针的方向始终不变(即博科摆运动的惯性方向),请观测针与球面的相对位置有何变化规律?

.

    陀螺不倒的问题同样来源于惯性,只是解释要复杂很多,章动是陀螺受力不均匀造成的,进动与章动是两码事,你尽受老焦的思维左古,哪来的什么“陀螺悖论”问题?



※※※※※※
相对论误导科学走斜路,是非曲折待历史见证;引力场以太旧貌焕新颜,定海神柱将扭转乾坤。.................... 想当初时空迷思闯科海,荣辱以乐可生命当歌;看如今闲庭信步攀高峰,重构宇宙再平展时空。
 [17楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/09/06 20:07 

“傅科摆”和“陀螺不倒”的最本质原因确实是一样的,就是转动动量矩的方向保持不变,也可以说是另一种意义的“惯性”。只不过陀螺是一完整的一圈一圈的转动,而傅科罢是“小半圈、小半圈”的转动(即摆动)。
 [18楼]  作者:222.240.42.*  发表时间: 2008/09/06 21:07 

陀螺不倒与傅科摆摆球方向不变都是属于惯性问题,稍有不同的是陀螺的转轴一端是着地的,只要将这个转轴的形状位置做的适中,加上整体的质量分布均衡,则即使给这个陀螺的初速度的方向不十分理想,它在着地的转动中也会自行校正,使转动的切线速度形成的离心力方向与地面平行,转轴与这个平行垂直,它当然不会倒的,不存在什么陀螺悖论。


曾云海
[楼主]  [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/06 23:42 

有点奇怪,如果说陀螺不倒与章动的关系问题还有点复杂的话,
这个“摆向不变”的问题可是很简单明了的呀?不就是“线速度方向转换”吗?
“乒乓摆”也有惯性吧?可为什么就不能保持摆动方向不变了呢?

老黄在学校里学的也是:博科摆的摆向不变就是因为摆动球在摆动方向上具有惯性吗?
那么你估计“乒乓摆”是否可以依靠其惯性维持其摆向不变呢?
[楼主]  [20楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/07 00:03 

对【17楼】说:

“"傅科摆"和"陀螺不倒"的最本质原因确实是一样的,就是转动动量矩的方向保持不变”


老黄说的当然也不为错,可是进一步问:为什么“转动动量矩的方向保持不变”?
是不是现在学校里都不解释这个问题呢?
虽然物体为什么会具有惯性的问题很难用其他更基本的理论或机理解释,
但是转动动量矩的方向为什么会保持不变,这个问题确实是可以用“线速度方向转换”来解释的?

 [21楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/09/07 00:07 

对【19楼】说:

    真有你的,想象力这么丰富,我这才理解你的“乒乓摆”是指什么﹕只要“乒乓摆”落地时不受任何摩擦力带动,那肯定永远服从惯性原理的。

.

    好!既然你的精力过剩还能多活80岁,那我也争取再来陪你60年。

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[楼主]  [22楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/07 00:15 

对【15楼】说:
能画一下吗?我感觉似乎是一条这样的曲线,先只能大概夸张的画一下:
 [23楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/09/07 00:34 

任何物体在变速平移过程中都会出现自转现象,例如你随意抛出的物体,通常认为这是由于物体受力不均衡导致的结果。傅科摆的自转应该缘于此吧?
 [24楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/09/07 00:39 

对【22楼】说:
    相对于地面肯定只是一条曲线,可是相对于整个宇宙“惯性空间”(通常可以称之为“绝对空间参考系”)就永远是一条直线。

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[楼主]  [25楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/07 01:10 

对【21楼】说:

“乒乓摆 ”没有落地的问题呀?

参见楼上的设想:
由此可以设想出一个估计不会相对地球转动的“乒乓博科摆”:
还是在极点处,只是在平衡点O处放一块完全弹性的木板,
依然先把摆球拉开一个角度,然后释放,球到达O点处时,就被木板反弹回来,
于是球不能到达平衡点O的另一边,于是这个“乒乓博科摆”也就不会相对地球旋转了?


就是说这个“乒乓摆”虽然具有摆动惯性,但是由于没有了“线速度方向摆变”,
结果就无法保持博科摆原有的所谓“摆动惯性”了?

[楼主]  [26楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/07 01:14 

对【24楼】说:
宇宙“惯性空间”是个什么东东?能描述、解释一下吗?
 [27楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/09/07 02:48 

对【25楼】说:

    我根本就无须过问你设计如何复杂想表达什么意思,乒乓球被木板反弹回来的方向在惯性空间内总是保持不变的,地球转动时的地面相对于这一方向必然发生周期变化。任你千变万化,物质运动的惯性方向始终不变。

.

    我之所以把“惯性空间”与“绝对空间”等价,就是说物质运动所处的、“无限远”(例如一万亿亿光年)处所有天体某一“瞬间”(例如一天)内、位置相对不变前提下所确定坐标系的“背景空间”。由于天文学家们对天体运动状态观测情度的不断提高,对“背景空间”天体的广度范围要求越来越大(目前实用范围是数十亿光年),“微波背景”的范围目前是一个未知数,“惯性空间”的“无限远”天体位置参考范围实际就可以表达为(1/0)光年。

※※※※※※
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 [28楼]  作者:222.240.96.*  发表时间: 2008/09/07 10:05 

啊,热闹起来了。
我还是先不讨论那个乒乓摆。有了傅科摆摆球方向不变与陀螺不倒的事实对照就足够了。
我18楼说,“陀螺不倒与傅科摆摆球方向不变都是属于惯性问题,稍有不同的是陀螺的转轴一端是着地的,只要将这个转轴的形状位置做的适中,加上整体的质量分布均衡,则即使给这个陀螺的初速度的方向不十分理想,它在着地的转动中也会自行校正,使转动的切线速度形成的离心力方向与地面平行,转轴与这个平行垂直,它当然不会倒的,”——有了这个条件,假如陀螺转动的惯量能使陀螺永远转动的话,哪怕地球自转一周、陀螺在空间翻转360°,这个陀螺也不会倒的。——这看似又回到了我自己的2楼而否定了自己的14楼!其实不是的,2楼所说的是事实,14楼说的是基本原理,这个基本原理就是牛顿的惯性定律!2楼和18楼所出现的情形就是惯性附加了外力的因素。陀螺不倒的外力因素是制作上的技巧——陀螺的发明者将陀螺的腿做成带弧线的锥型,如果陀螺在转动中偏斜,那带弧线的锥型的腿马上就改变了着地的部位(像汽车传动轴的万向节一般),这就改变了陀螺形状轴的位置,这个转轴位置一改动,上面宽大的惯性转动部分就失去了平衡,倾斜这方的离心力小于相反一方的离心力,离心力大的这方就用力拉陀螺,将陀螺拉正,于是转轴又回到了它该在的位置了。陀螺倒不了,地球转动、它不倒,你使劲抽它、它不倒。
有些问题我们不要想的太复杂了,好似自己有惊天的发现一样,还说你不能解释这个问题、就别谈反对相对论,其实这些人就没有发明陀螺的人聪明,没有发明不倒翁的人聪明。

曾云海
 [29楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/09/07 11:04 

老杨:
我在学校时,并没人讲傅科摆的事,所以并没人告诉我“傅科摆的摆向不变就是因为摆动球在摆动方向上具有惯性”。
你所谓的“乒乓博科摆”,如果挡板始终与摆的线速度平面垂直,则结果会与自由傅科摆一样,保持其自身的线速度平面方向不变。但由于地球自转,地球上的观察反倒会发现这个平面在变。如果档板不能保持与摆的线速度平面垂直,则不会出现与自由傅科一样的结果,因为这时档板的外力改变了这个速度平面。
[楼主]  [30楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/09/07 12:06 

老黄:

你说的“摆的线速度”W是摆动方向上的吧(在摆动平面内吧)?
那是一个大小和方向都在周期性变化的线速度?
可我强调的线速度是因地球自转引起的:
线速度v = 地转角速度 * R,
(参见1楼的图示)
这个v的大小取决于释放摆球的“初始线速度”,而方向相对太阳坐标系也是要变化的,
因为还有绳子的向心力随时改变着v的方向,这有点象“圆锥摆”的意思,
只不过这里的“圆锥摆”半径是变化的,这是在摆球与木板碰撞前的情况,

木板当然是与摆动方向的线速度W保持垂直的(至少是假设垂直吧,暂时简化一点),
反弹回来时也是一样,总之要考虑吊绳对摆球v的向心力F,F会改变摆球的运动方向,
于是“乒乓摆”将无法保持“摆向不变”?


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