财经社区女性社区汽车社区军事社区文学社区社会社区娱乐社区游戏社区个人空间
上一主题:物理奇迹:爱因斯坦的相对论大怪... 下一主题:声波多普勒效应的现有理论解释所...
陀螺不倒与进动
[楼主] 作者:王飞cn  发表时间:2008/11/27 11:08
点击:4230次

我对陀螺没研究,说错别骂,呵!

云先生不断提出陀螺问题,也引起我的兴趣。从大家的分析看,相当人把进动与柯氏力联系起来,当然,柯氏力是存在的,但绝不是原因,柯氏力的作用在一天内不能超过一圈变化。傅科摆就是证明。云先生已经明白到这点,但似乎还是无法找到答案?也许是秘而不宣吧!

在北京自然博物馆内有个东东,就是你站在一个可以旋转的圆台上,手里拿着个高速旋转的陀螺,当你改变陀螺轴的指向是,自己站住的圆台也转了起来。该实验告诉我们角动量守恒,但是却以陀螺进动的方式表现出来。因此,我们可以说陀螺进动是因为转轴受外力矩改变而产生的。那么陀螺为何不倒?这就与进动有关了。当陀螺重心不稳,发生倒侧时,即发生与倒向面垂直的进动,迫于地面的阻力,进动又使转轴向进动方向倒侧,这时再次发生的进动方向与陀螺倒下方向相反,最终成为维持陀螺不倒的力来源。

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-176641-1.html[复制地址]
上一主题:物理奇迹:爱因斯坦的相对论大怪... 下一主题:声波多普勒效应的现有理论解释所...
[楼主]  [2楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 11:23 

进动方向图

 [3楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 12:00 

“该实验告诉我们角动量守恒,但是却以陀螺进动的方式表现出来。因此,我们可以说陀螺进动是因为转轴受外力矩改变而产生的”

呵呵,终于引起王飞的注意,好啊,已经有多人试图回答这个问题,目前还没有满意答案

受外力矩作用而进动的陀螺,角动量不守恒
角动量守恒是指外力矩为0的情形dL=0,即角动量L不变(大小及方向)
存在力矩作用时,方程为dL=Mdt,角动量L要变化(规则进动时,只有方向变化,且指向M方向)
我的问题正是“方向为什么如此变化”



同意你的“陀螺进动是因为转轴受外力矩改变而产生”,关键是力矩怎么产生进动,说清了这个,自然就知道为什么不倒了

很明显,外力矩已经让陀螺水平进动了,当然就是没“倒”,因此讨论进动的陀螺为什么不倒,是画蛇添足

比如说:某物体正在向东运动,只要解答了他为什么向东运动,自然就知道他为什么不向南走了
因此不必分析正在向东走的物体为什么不向南,只要说清楚他为什么向东运动,所有问题立即明朗


再有,“柯氏力的作用在一天内不能超过一圈变化”,此科氏力非彼科氏力,请注意
 [4楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 12:54 

如果一定要从“进动的陀螺为什么不倒”说起,也可以,那就先放下他为什么进动,先说不倒

陀螺在进动却没有倒下,存在重力矩不容置疑,没有倒下来,自然是存在某种相反的力矩平衡了重力矩,否则就倒了,这不用说谁都知道,关键是为什么会存在这个平衡力矩,科里奥利先生给出了他的大小M=对所有质点的科氏力积分

但是某一点的科氏力是怎么来的?

首先,科氏力是虚拟力,在惯性系中不存在(也就是我们就这样看上图,是没有科氏力的,只有去随着陀螺进动,才能引入科氏力)

即使考虑进动旋转系,这个虚拟力的来源仍然不明,人们知道“有”,但是不知道“为什么有”

因为科氏加速度也是叉积“叉”出来的,要解答他为什么存在,必须先解答为什么有叉积规则,这就是我3楼问题的翻版,不过是画蛇添足地又深入了一层而已

 

在北极炮弹的讨论中,基于地球旋转系,我们可以勉强地说:科氏力的出现是因为炮弹要保持自己在惯性系中的直线运动。这可以绕过叉积规则

但是,在上图中,科氏力的出现是转子上的质点要保持什么?该质点本身在惯性系中也在做曲线运动

所以,绕不过叉积规则,因此引入科氏力解释陀螺,必须先解释叉积规则---也就是为什么会有“右手螺旋法则”

这会更加混乱,同时解答了为什么会存在“右手螺旋法则”,也就直接解答了“陀螺为什么如此运动”,仍然根本用不着科氏力

 

以上理由足以说明,引入科氏力解答陀螺运动,纯属画蛇添足没事找事,越说越乱

 

还是以你的“陀螺进动是因为转轴受外力矩改变而产生”为主线展开分析吧,力矩为因,运动为果

从实实在在的外力矩直接推理陀螺运动,这才是正途

[楼主]  [5楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 13:15 

我说了,在北京自然博物馆内有个东东,就是你站在一个可以旋转的圆台上,手里拿着个高速旋转的陀螺,当你改变陀螺轴的指向是,自己站住的圆台也转了起来。这个转动的方向就是陀螺原来的转向,因此不必理会什么“右手螺旋法则”。由于地球对陀螺的倒侧作用,使陀螺原来的角动量方向改变,因此,在没有地球转动约束情况下,陀螺必须保持该转动方向,而形成进动,这点云先生因可理解吧?同样当陀螺进动后,又再次改变了陀螺的转动方向,这次发生的进动力矩提供陀螺不到的反力矩平衡了重力矩。
 [6楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 13:25 

你所说的是“角动量演示仪”,各大学实验室都有。“自己站住的圆台也转了起来”,这是陀螺力矩效应

以上效应以及4楼的图,还有你现在就拿起图钉令其在桌面上旋转并进动,这些现象都与地球旋转没关系



“陀螺必须保持该转动方向,而形成进动,这点云先生因可理解吧?”

正是这里不能理解,陀螺必须保持什么方向,进而形成进动?
[楼主]  [7楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 13:34 

【“陀螺必须保持该转动方向,而形成进动,这点云先生因可理解吧?”

正是这里不能理解,陀螺必须保持什么方向,进而形成进动?】
===============================================================
角动量是矢量,如果其轴方向转90度,则原来的角动量不存在,因此,陀螺必须保持这一角动量,既然不能在转轴上保持,就在进动上实现。
 [8楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 14:29 

角动量是矢量,如果其轴方向转90度,则原来的角动量不存在,因此,陀螺必须保持这一角动量,既然不能在转轴上保持,就在进动上实现。
=================================

"如果其轴方向转90度"是什么意思?
角动量必须指明对那根轴,近似理论中,由于自转远大于进动,所以一般认为角动量矢量与刚体自转轴重合

那么,"自转轴转90度"是什么意思?陀螺进动了90度吗?

 

再有,为了"陀螺必须保持这一角动量"有许多方向可去,只要是匀速即可,角动量即可保持。比如屈服力矩以3-9为轴匀速翻转,为什么一定要选水平(绕12-6轴)方向?

为避免歧义,以下图为例(道理相同)

[楼主]  [9楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 14:41 

【"如果其轴方向转90度"是什么意思?】
=====================================================
简单的说就是站着的陀螺水平躺下,这样原来(绕12-6轴)方向的角动量矢量消失,必将令陀螺躺在地上转动(还是12-6轴线),这就是进动。
 [10楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 15:34 

 简单的说就是站着的陀螺水平躺下,这样原来(绕12-6轴)方向的角动量矢量消失,必将令陀螺躺在地上转动(还是12-6轴线),这就是进动。

=============================

请恕我愚昧,还是不甚清楚,请结合事实论述

从我烧断那根线说起

(轴端吊的是一个螺母)

[楼主]  [11楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 15:51 

【从我烧断那根线说起】
===============================
如果您的陀螺没有因为断线而影响倒陀螺轴的方向改变的话,就不会有进动现象。之所以有进动,就是电线后,轴向改变。那么,你用手令其停止,为何放开还是有进动?这说明你并未把陀螺的悬挂力通过重心,当然用手是很难做到的。


【请恕我愚昧,还是不甚清楚,请结合事实论述】
我说了,在北京自然博物馆内有个东东,就是你站在一个可以旋转的圆台上,手里拿着个高速旋转的陀螺,当你改变陀螺轴的指向是,自己站住的圆台也转了起来。这个转动的方向就是陀螺原来的转向。如果没有你拿着,那么陀螺就会整体以(绕12-6轴)方向转动。说到底就是角动量守恒的问题,但不是惯性运动(假定匀速圆周也是惯性运动),因为在陀螺(倾斜进动)转动过程中,地球给陀螺的力矩不断变换方向。


 [12楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 16:04 

10楼的陀螺就是这个,不过是在一端挂了个螺母而已

“你用手令其停止,为何放开还是有进动”

我只是托起了螺母,相当于外力矩突然消失,陀螺停止进动是因为力矩没有了,我并没碰到陀螺

放开后外力矩再次出现,陀螺当然又开始进动

关键是这里“之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变”,轴向向哪里改变了?是向下垂吗?

 [13楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 16:13 

“说到底就是角动量守恒的问题,但不是惯性运动(假定匀速圆周也是惯性运动),因为在陀螺(倾斜进动)转动过程中,地球给陀螺的力矩不断变换方向。”

同意“不是惯性运动(假定匀速圆周也是惯性运动)”,其他不敢苟同

“在陀螺(倾斜进动)转动过程中,地球给陀螺的力矩不断变换方向”
这句话很难理解~
重力矩矢量的确在不断水平旋转(改变方向),但是这是由于陀螺进动了,倾斜的转子到了新的位置(在12楼图中,螺母在作圆周运动,所受重力当然会紧随着他)

这和“陀螺为什么进动”有什么关系?

 

建议王飞先生亲手实验,非常简单,到商场买一个陀螺玩具即可,或者自制一个

[楼主]  [14楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 16:47 

【“在陀螺(倾斜进动)转动过程中,地球给陀螺的力矩不断变换方向”
这句话很难理解~ 】
其实就是【重力矩矢量的确在不断水平旋转(改变方向),但是这是由于陀螺进动了,倾斜的转子到了新的位置(在12楼图中,螺母在作圆周运动,所受重力当然会紧随着他) 】,这句说明外界对陀螺的作用在不断变化,因此不是惯性运动,当然与“陀螺为什么进动”没有什么关系。

【建议王飞先生亲手实验,非常简单,到商场买一个陀螺玩具即可,或者自制一个】
可以考虑,但你必须给出我无法回答的疑问。




 [15楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 16:51 

关键是这里“之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变”,轴向向哪里改变了?是向下垂吗?
==========================

你现在就没有回答
[楼主]  [16楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 17:45 

【关键是这里“之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变”,轴向向哪里改变了?是向下垂吗?】

==========================

你确定轴向没有改变?
 [17楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 18:34 

“你确定轴向没有改变?”
=============================
看看,信心不足了不是

你应该斩钉截铁地回答

因为任何理由都不能因结果而改变,因果关系不能错位



为了少走弯路,同时考虑到你刚刚准备思考陀螺,我回答你的问题“确定”。

在理论上,存在“强迫规则进动”,即:在力矩作用下,陀螺以不变的倾角绕进动轴以匀角速度进动

这时,自转轴除了进动外,没有其他改变(倾角即章动角恒定)(见4楼)
这就是老杨坚决不承认的、梁彬彬定性为“惯性运动”的---强迫规则进动

是否还坚持“之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变”?
[楼主]  [18楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 19:08 

【是否还坚持“之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变”?】
=================================================
当然坚持!你以为我信心不足?错!这是我讨论的方法,一旦你准确暴露问题,就无拖泥解决。
现在才明白你以为无轴向改变也有强迫进动,这就是你永远也无法理解的原因,一个不存在的东西,就是天才也无可奈何。简单来说,传统机械陀螺是有定向作用的,广泛运用于航海,航天。,如果有莫名进动,那还怎么运用?
 [19楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 19:24 

传统机械陀螺是有定向作用的,广泛运用于航海,航天。,如果有莫名进动,那还怎么运用
===============================

你扯哪儿去了?

承认4楼的图吗?

或者说,承认这个图吗?

[楼主]  [20楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 19:56 

【你扯哪儿去了?

承认4楼的图吗?】
============================================================================================
是我扯,说反了吧?

我当然承认4楼的图,但这与我们刚才的论点无关,你扯远了。【之所以有进动,就是电(断)线后,轴向改变】,你4楼的图明显轴向不断改变,同时,这种陀螺无法让重心正好通过支点,因此轴向改变与进动成为必然。倒是你12楼的图,有可能不进动,但你把他与4楼混淆了。

注意:我们现在讨论的是,轴向不改变,是否还有进动。请举例,我已举反例 ,不要离题。


 [21楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 20:11 

倒是你12楼的图,有可能不进动
==============================
~~~老兄,你认为什么是进动?
那不是进动是什么?
 [22楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 20:15 

你4楼的图明显轴向不断改变,同时,这种陀螺无法让重心正好通过支点,因此轴向改变与进动成为必然
==========================

你的“轴向改变”就是进动?
要知道他的倾角可没有变,从你看到他到现在以及未来,他都这样运动

果真如此,就要问问他为什么会“轴向改变”?
 [23楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 20:18 

注意:我们现在讨论的是,轴向不改变,是否还有进动。请举例,我已举反例 ,不要离题
================================

如果你的“轴向改变”就是进动,那么这一问是否还有意义?
[楼主]  [24楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 20:28 

【注意:我们现在讨论的是,轴向不改变,是否还有进动。请举例,我已举反例 ,不要离题
================================

如果你的“轴向改变”就是进动,那么这一问是否还有意义?】
======================================================================
我说了“轴向改变”就是进动吗?我说的是“轴向改变”会发生进动,进动方向与“轴向改变”垂直。现在我们讨论的是若无“轴向改变”是否还会发生进动,我认为无,你认为有,那么请举例,至少要有根据吧?
你举的楼4图例,明显有要倒力矩存在,怎么可以作为你的例证?另外,你12楼的图,(断)线后,轴向没有因此改变?你应该看看航海陀螺,他们可没有“轴向改变”,因此没有进动,你如何解释?
 [25楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 20:58 

我说了“轴向改变”就是进动吗?我说的是“轴向改变”会发生进动,进动方向与“轴向改变”垂直
==========================================

既然如此,19楼和4楼都没有轴向改变

19楼是清华教材《理论力学》截图,白纸黑字写着“当对称轴与固定轴之间的夹角为常数时,这种运动称为规则进动”

有“轴向改变”吗?
 [26楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 21:05 

“现在我们讨论的是若无“轴向改变”是否还会发生进动,我认为无,你认为有,那么请举例,至少要有根据吧?”
=======================================

现在已经确定,你的“轴向改变”就是章动,让我举例,信手拈来,所有的理论力学教材上都有


呵呵,你认为“无”,老杨3年前就这样认为了,并且坚定地认为刘延柱的《陀螺力学》很荒唐,因为刘教授也说“有”
他可没想到,刘延柱以及所有编写《陀螺力学》、《理论力学》的学者,基本都是照抄洋书,所以,是洋人开荒唐之先河,很可能就是拉格朗日和欧拉

你们两个真是好朋友~~
[楼主]  [27楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 22:28 

【既然如此,19楼和4楼都没有轴向改变

19楼是清华教材《理论力学》截图,白纸黑字写着“当对称轴与固定轴之间的夹角为常数时,这种运动称为规则进动”

有“轴向改变”吗?】
=======================================================================================
19楼和4楼的这种陀螺无法让重心正好通过支点,如何克服地球力矩而没有轴向改变(侧倒)?白纸黑字有用吗?
当然,完成侧倒后形成进动,无损耗的话是可以一直这样下去,但此时的已没有进动,虽然转轴向在不断改变,这只是惯性,其轴向改变形成进动力矩与地球引力力矩平衡,因为不发生进动,这是特例(无摩擦),实际一定伴随着减速,继而加剧侧倒。但无论如何轴向不变是没有进动力矩的,更别说进动了,这从我说的机械陀螺仪很容易看出,而你总避而不答。
 [28楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 22:39 

当然,完成侧倒后形成进动,无损耗的话是可以一直这样下去,但此时的已没有进动,
===================================

我一直不知道你所说的“进动”是什么
看19楼的图,“没有进动了”?

Ω是什么?
[楼主]  [29楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2008/11/27 23:18 

【我一直不知道你所说的“进动”是什么
看19楼的图,“没有进动了”?
Ω是什么?】
=============================================================================
我认为进动是轴向改变后在改变垂直方向发生的运动,必须符合“右手螺旋法则”,因此Ω不是进动,而是惯性运动。前面我一再说明的:在北京自然博物馆内有个东东,就是你站在一个可以旋转的圆台上,手里拿着个高速旋转的陀螺,当你改变陀螺轴的指向是,自己站住的圆台也转(Ω)了起来。
 [30楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/11/27 23:34 

我认为进动是轴向改变后在改变垂直方向发生的运动,必须符合"右手螺旋法则",因此Ω不是进动,而是惯性运动

======================

但是几百年来,所有的教科书上可是明白写着Ω是“进动角速度”,我们还是以教科书为准吧,否则就要彻底推倒重来了

陆元九院士所著《惯性导航与陀螺原理》截图 

 

陆元九院士明确写道“(图2a)在重力对支点的力矩作用下便产生进动(图2b)”

这可是没有你所说的“轴向改变”,有图为证

现在的问题是:力矩的作用怎么就产生了进动,细节过程是什么?

 

陆元九院士留学海外多年,是多次卫星发射的顾问,科学院院士

他的知识也应该不是自创,如果他说错了,那么经典力学必须立即重建

精彩推荐>>

  简捷回复 [点此进入编辑器回帖页]  文明上网 理性发言
 推荐到西陆名言:
签  名:
作  者:
密  码:
游客来访 
注册用户 提 交
西陆网(www.xilu.com )版权所有 点击拥有西陆免费论坛  联系西陆小精灵

0.20699906349182