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摆与势能
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2011/12/15 21:41
点击:3520次

讨论傅科摆问题期间,看了周衍柏《理论力学教程》中,关于傅科摆问题的方程的解。

解方程的时候,进行了很多简化,如要求摆动角度很小,因此正弦与弧度近似相等,这与讨论单摆的假设相同。

还有一个假设,就是摆在Z方向的变化为0。这与我们一般认为的势能与动能的转换不相符了。如果引力势能没有大小变化,动能如何能周期性的增大减小呢?

后来考虑一下,发现应该这样解释,当摆线非常大的时候,Z的变化确实可以忽略不计。不过还有另外一种力代替重力,起到势能的作用。

这个力就是作用在摆锤上的重力与摆线拉力的合力。合力指向摆锤运动的中心,与悬挂点位于一条铅垂线上。势能可以用摆线与铅垂线的夹角来度量。当摆锤逆合力方向运动,使摆线有了一定角度时,摆锤就有了势能。虽然高度变化几乎为0,也可以有很大的势能。

也许摆与势能的问题早有人论述过,不过一般人知道的可能不是很的。我在思考的时候,发现了这一问题,就写在这里望诸位评价。

 

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 [2楼]  作者:马国梁  发表时间: 2011/12/15 21:53 

完全正确。如不简化将寸步难行。
[楼主]  [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/12/15 23:01 

马老师是否知道,已经有与势能和摆相关的论文发表了吗?
 [4楼]  作者:马国梁  发表时间: 2011/12/16 11:17 

不知。
[楼主]  [5楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/12/16 12:25 

记得当年上学的时候,老师说过,有引力势能和弹性势能,还说其他一些情况下也有势能,但没有具体解释。我想他可能是看过一些有关论文。
马老师,请告诉我你的E-Mail
我的是 liu_zbo@163.com
 [6楼]  作者:马国梁  发表时间: 2011/12/16 15:06 

emgl4@126.com
以前我们联系过。不过深入讨论这些已经成熟的东西意义不大。我所以费这么大劲研究傅科摆问题,是因为搞不清实质的原因;再说我认为齐绩又进入一个误区,希望他早日走出来。
这里的人水平悬殊很大。有些人志大才疏,难以交流。反正是玩吧。这是玩学问。
[楼主]  [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/12/17 14:01 

关于傅科摆问题,齐绩先生引入了额外的初始条件,因此变得异常复杂。
摆应该理解为,势能--动能--势能-- ……,不断转化的机构。这里的势能并非引力势能,虽然与引力脱不了干系。而是我们前面所说的势能。
摆锤应当从静止开始,自然释放其势能,从而获得动能。在傅科摆中,速度最大时,在科氏力的作用下,势能并未达到理论最小值。这就是摆的轨迹投影不是直线的情况。
而在齐绩先生的实验中,除了摆锤的初始势能之外,似乎又人为的增加了初始动能(使其顺时针或逆时针运动),这不过是人为使问题复杂化了,问题就更容易使人混淆了。
其实问题本来就不简单,应该由简入繁。主要是速度方向不同时,科氏力的方向各不相同,除了水平方向的力之外,还有垂直方向的力。原来的理论,可能只讨论了水平力,没有讨论垂直力,因而与实际情况不完全相同。
其实,如果系统完全是理想状态的话,垂直力的作用就显示不出来的,而实际上可能是系统在某些地方距理性状态的偏差较大,导致了东西与南北向有明显的不同。当然具体原因就要具体分析了,可能不同系统会有不同原因。

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