有意思，我有一堆实验方案呀，先说两个简单的？
多普勒验证和光点偏移分析
飞船速度和多普勒验证（网友对话）
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主题：飞船在太空中能达到的最高速度是多少？
作 者: yanghx22(土豆) 2003-01-12 21:54:26
是否有人想过：
我们现在的航天器在宇宙真空中的最高速度能达到多少？
我估算了一下：
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地球到火星距离=1.92亿公里（参见附文）
s=1.92*10^11（米）
“探路者”的运行时间：
t=7个月*30天*24小时*3600秒=20736000（秒）=1.8144*10^7（秒）
（格林威治时间1996年12月4日发射，1997年7月4日到达火星，历时7个月）
“探路者”的估算平均速度：
v=s/t=1.92*10^11（米）/1.8144*10^7（秒）= 1.0582*10^4（米/秒）
这只是7个月的平均速度，大约是声速的30倍，
那么航天器的最高速度记录是多少呢？有“基尼斯记录”吗？
现在空气中的最高速度是美国喷气机创造的：大约是7倍声速，
那么无空气阻力的宇宙太空中的最高速度记录是多少呢？保密吗？有据可查吗？
请各位指点。
这个问题很自然、简单，可是我怎么也查不到比较确切、准确的说法，
不会是什么机密吧？
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附文：
《登上火星》，转自：
http://www.kepu.com.cn/gb/technology/robot/army/arm503.html>
格林威治时间1997年7月4日17时07分，美国航空航天局（NASA）
发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆，当时正是火星
上日出前两小时。全世界的电视观众都目睹了这一壮举，它标志着人类
在征服宇宙的长征中迈出了新的一步。
火星距地球1.92亿公里，无线电信号由火星传到地球需要19分30秒时间。
探路者号是1996年12月4日由德尔塔2型运载火箭在肯尼迪航天中心发射的，
经过7个月的飞行，它才达到火星，它的登陆地点位于火星的北纬19.33度，
西经33.55度，它降落在一个盆地中，距美国以前发射的海盗号飞船的降落
地点约1000公里。
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作 者: caomang(草莽) 2003-01-13 12:50:43
不是这样算的，
那个走的不是直线，
而且利用了许多天体的力量。
“借力”吧，可以这样说。
要看地球和火星的运行轨道和时间来推算。
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作 者: ukyochen(老咸鱼) 2003-01-13 13:19:42
飞出太阳系的那几个家伙的速度应该是最高的，
达到了“第三宇宙速度”每秒16.7公里
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作 者: yanghx22(土豆) 2003-01-13 16:17:14NEW
如果走的不是直线，那平均速度还要更高一些了？
运行时间是7个月整，没有问题吧？
其它天体的引力可能不大，因为这一路上没有接近巨大的星球呀？
第三宇宙速度好象是个依据，那就是16700（米/秒），
大约是声速的40倍，
不过似乎没有哪个国家宣布自己创造了世界最高飞行速度纪录？
还有一种估算方法是：
假设一个太空飞行器的平均重量是100kg，
（平均重量是考虑到燃料的重量变化）
如果它附带的多级火箭推进器能提供平均1000kg的推力，
那么在太空几乎没有阻力的情况下，
1、10、30天后它的速度能达到多少呢？
v=at= (F/m)t= 10t
1天后：
v= 8.64*10^5 (m/s),
10天后：
v=8.64*10^6 (m/s),
30天后：
v= 2.6*10^7 (m/s)= 0.086c
超声速80000倍，
飞船的平均“动质量”也只增加了一点：
m= 100.37768 (kg)，影响并不大？
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作 者: formana(假行僧·徒自苦) 2003-01-14 01:18:42
1972年7月15日,Pioneer 10被Atlas/Centaur/TE364-4三级火箭发射的时候,
第三级火箭将其加速到51,810km/hr(14,391.67m/s).以这个速度,
Pioneer 10在11小时内可穿越38万公里外的月球轨道,
13个星期内可穿越8千万公里外的火星轨道.这是当时最快的速度.
1973年11月3日,经过木星时,借助其重力,
Pioneer 10被加速到132,000km/hr(36,666.67m/s).
1973年4月5日发射的Pioneer 11在1974年经过木星时,
速率达到173,000km/hr(48,055.56m/s).
1977年发射的Voyager I在1998年2月17日超过Pioneer 10成为距地最远的人造天体,此时其速率为17,434.56m/s,同一时刻
Voyager II的速率为15,646.4m/s.
注:文中以m/s为单位的速率均为作者根据原始数据换算,并非实测值.
References:
NASA Jet Propulsion Laboratory(喷气推进实验室)网页
http://www.jpl.nasa.gov/>
http://vraptor.jpl.nasa.gov/voyager/vimdesc.html>
附图
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作 者: yanghx22(土豆) 2003-01-15 17:02:41
看来formana提供的数据算是够准确了，多谢，
从此看，一般的三级火箭提供的最高速度是10000至20000m/s，
借助木星引力可以达到48000m/s的最高记录，
由此联想到的问题是：怎样测量航天器的速度？
都知道飞机的测速装置是靠“空速管”（皮托管），
一般安装在小型飞机机翼翼尖前缘，
它测量流经（机翼）的气流的静压、动压、总压，
提供数据给空速表、高度表和升降速率表，
（比如喷雾器就是利用了气流“静压”较小的原理制成的）
可是在太空中没有空气，可能只有两种方法：
1、用电磁波或激光脉冲的反射到达时间，不断测量航天器的距离，
用脉冲时间间隔去除每两次测得的距离变化量，就得到近似的瞬间速度，
2、把电磁波或激光脉冲的反射频率变化量代入多普勒公式，算出速度，
这里就有一个问题了，如果两种方法都可以实用，
那就可以用以检验“狭义相对论”了，
因为光的多普勒公式是根据“狭义相对论”推导得出的，
而声的多普勒定律是由“声速相对性”而来的，
那么第一种方法更接近于哪一种多普勒公式的计算值呢？
这两个公式的计算值差异有多大？足以做出判断吗？
分析如下：
声多普勒公式（航天器反射相当于接收者运动，取“接近”公式计算）
f1=[(c+v)/c]fo
=[(3*10^8+16700) / 3*10^8] 10^14
=1.00005566666666666666666666666667 * 10^14
=100005566666666（赫兹）
光多普勒公式（取“接近”公式计算）
f2=sqr[(c+v)/(c-v)]fo
=[c/(c-v)]sqr(1-vv/cc) fo
=[3*10^8 / (3*10^8 - 16700)] sqr(1 - 16700*16700 / 9*10^16) 10^14
=1.00005566976561695267703235480108* 0.99999999845061110991* 10^14
=1.00005566821614180847147972378308 * 10^14
=100005566821614（赫兹）
f2-f1 = 100005566821614 - 100005566666666 = 154948（赫兹）
这个频率差异应该是足够大了吧？
（发射时是“远离”的情况，相差不多）
现在激光频率的测量精度一般可以达到12位到14位，
20G微波的频率测量精度一般也在12位左右，
这没有问题吧？
那么航天公司是能够拿出可靠的证据来证明或证伪“狭义相对论”的了？
为什么没有这样的报道呢？
都知道很多人在用很复杂的实验来证明“狭义相对论”，
为什么不用这种简单、可靠的方法呢？
是保密？
还是哪里存在不可行的因素？使得此方案无法作出准确的判断？
各位还可以自己用上面的公式验证：
对于现在最快的超声速6倍的飞机，速度大约是2000(m/s)，
那么两公式计算出的频率差异大约为：
f2-f1=1000（赫兹）
相信现在的激光脉冲雷达能测出这种差异，用以鉴别真伪？
或者我的计算存在什么问题吗？
或者技术上存在某种不可行问题？
或者我们尊敬的“科学工作者”有意掩盖了一些可验证的实质性问题？
不过确实现在只听说美国航天局要验证“广义相对论”，
而对“狭义相对论”却只字未提，这里面好象有些问题？
另一个有意思的问题是：
如果真的存在“暗物质”，那么是否存在一种“暗物质皮托管”呢？
当物体的速度很高时，能否利用“暗物质流”静压的测量来测速呢？
（现在可能把暗物质阻力当成了“动质量”增加？）
这可能是今后的“宇宙空速管”？
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作 者: ukyochen(老咸鱼) 2003-01-16 15:02:08
10千米/秒的数量级和300000千米还是差得太多,
用飞船的多普勒效应不好检验相对论。
飞船测速和定位一般是用飞船相对太阳及其它恒星、地球及其它行星的的视角等等来计算的。
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作 者: yanghx22(土豆) 2003-01-16 18:04:43
【 在 ukyochen 的大作中提到：】
:10千米/秒的数量级和300000千米还是差得太多,
:......
你可能指的是飞船距离地球很远的时候吧？
可是当第三级助推火箭把飞船加速到16700m/s的时候，
飞船距离地球并不很远吧？
现在用激光可以测量卫星和月亮与地球间的距离，没错吧？
比如下面一段文章：
激光测距仪
激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。
激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，
由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，
计算出从观测者到目标的距离。
（图）（使用激光测量月球到地球距离的示意图）
世界上第一台激光器，是由美国休斯飞机公司的科学家梅曼于1960年，首先研制成功的。美国军方很快就在此基础上开展了对军用激光装置的研究。1961年，第一台军用激光 测距仪通过了美国军方论证试验，对此后激光测距仪很快就进入了实用联合体。
激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。
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作者：yanghx22【土豆】
※ 来源: 网易虚拟社区 广州站．
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联想到最近中国公布的神州4号飞船反射激光测距精度，
在地球附近已经到了厘米量级，参见上海天文网：
http://www.astron.sh.cn/>
光频率的测量精度也有资料表明可以达到波长的ppm（皮皮米）数量级，
1纳米=10^-9米，
1皮米=10^-12米，
1皮皮米=10^-24米，
波长与频率的关系是：f=c/L=10^8/10^-24=10^16（赫兹），
这意味着用迈克尔干涉仪测量10^16的光波时，
测量精度可以达到1赫兹（可见光的频率是10^14数量级），
所以现在一般市场上就可以买到的光频率计的精度就能达到16位精度了
（参见下面的附文），
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参见：
http://www.advantest.com.cn/chinese/q8326.htm>
Q8326光波长计
产品概要
Q8326是一台数字化的光波长计，适用于对发光中心波长进行高分辨率，高精度的测量。测量采用麦克尔逊干涉法进行，并用He-Ne激光器作为标准波长，从而保证了测量的高精度。Q8326达到高速取样（5次/秒），适于测量LD的调制时波长的抖动。另外，它具备显示频率偏差能力，能够使波长的改变与待测值保持高度的准确性和高分辨率。
特点
高分辨率
高测试精度。
使用He-Ne激光器作为标准波长，从而保证了测量的高精度（2 ppm）。
宽带宽
测量波长范围：
短波波段（480 - 1000nm）和长波波段（1000 - 1600nm），
通过一个开关进行选择。
高速采样
Q8326可以在采样速度（5次/秒）下可以捕捉因温度变化而引起的波长波动。
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DWDM系统多功能波长计Q8331开始销售
2002年03月12日
http://www.advantest.com.cn/chinese/q8331.htm>
快速可靠地同测多达300个信道
Q8331
2002年3月6日日本东京－－株式会社爱德万测试
（TSE:6857，NYSE:ATE）宣布开始销售Q8331多功能波长计，
它是针对于不断发展中的DWDM（密集波分复用）主干网和大都市网络的市场而开发的。
Q8331能应用于研发和产品，快速准确地同测波长发散和多达300个DWDM信道功率。
改良后的测量精度
Q8331能测量从1,270nm到1,680nm（包括当前应用的光纤）的波长范围，
测量精度为±1ppm，与以前产品所提供的±2ppm测量精度相比，
是一个重要的进步。为了将来保证测量精度，Q8331嵌入了温度和气压传感器，
可以检测周围的测试环境从而补偿波长读数。
主要规格
测量波长范围: 1,270nm到1,680nm
波长精度: +/-1ppm (1.5pm @ 1,550nm)
使用He-Ne激光器作为标准波长，从而保证了测量的高精度。
显示分辨率: 0.0001nm
信道功率精度: +/-0.5dB (1,310nm, 1,550nm)
探测灵敏度: -40dBm (1,270nm到1, 600nm)
最大输出功率: +10dBm
最大输出信道数: 300
测量时间: 0.5秒 （两次连续测试的时间间隔）
常规: 显示器 6.5英寸液晶彩显
尺寸 约424mm（宽） × 132mm（高） × 500mm（深）
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从以上对话与资料看，各位以为如何？
看上去并不算很困难的一个实验，不过也许会有没有考虑到的问题？
我觉得至少应该是有可行性的吧？
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讨论区：Science(自然科学) --------------------------------------------------------
主题：反弹角度的问题
作 者: yanghx22(土豆) 2003-01-23 13:33:39
有个问题我有点想不清楚，
如果一个小球以某个角度碰壁后反弹（完全弹性碰撞），
反弹角度当然与入射角度相同了（不考虑重力作用），
（比如近似的有：台球撞在球桌边缘处反弹回来）
可是能否用隔离体受力分析，得出定性或者定量的解释呢？
壁对小球的作用力N是垂直于壁面的吗？然后再把N分解？
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作 者: ukyochen(老咸鱼) 2003-01-23 15:32:22
o
\ | /
\|/
--------
如上图，
1.因为水平方向无作用力，所以水平方向速度不变。
2.因为垂直方向受刚体力反弹，而且壁作为参考系，动能为零，不考虑其它力的影响，所以垂直方向动能守恒，只是方向改变。
3.水平和垂直叠加。
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作 者: caomang(草莽) 2003-01-24 08:19:52
用台球分析不恰当，
因为台球往往有很厉害是旋转运动，
特别是台球高手，
旋转对台球来说几乎是必须的，（各个方向的旋转）
另外，要打出不旋转的台球也几乎不可能，
因为这是球体的实际运动方式，
就如绝对静止一样的不可能，
而且，台球的旋转往往是不可忽略的，
还是用其他方式来研究碰装现象吧。
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作 者: yanghx22(土豆)
ukyochen(老咸鱼)的解释好象比较合理，
那么看来如果使得反射面向左运动的话，
应该会使得反射角减小？
如下图：
o
\ | /
\|/
--------反射面
<----运动方向
我问这个问题的目的是这样的：
设想如果宇宙航天器的速度是14600 m/s，
飞船上有一个激光器和靶，它们相距1米，
激光照射到光靶的方向与飞船的运动方向垂直，
飞船静止时，激光点刚好落在靶的中心位置，
那么飞行时的激光落点还会落在飞船静止时的靶心位置吗？
简单的计算：
光走过一米的时间是：
1/10^8 = 10^-8（秒），
靶心移动的距离是：
16700*10^-8 = 1.67*10^-4（米）= 0.167（毫米），
这个变化不算小了吧？可是有这方面的实验报道吗？
我为了验证这个问题，在飞机上实验过，
因为飞机的速度太低，所以经过计算，
要用反射镜来回反射15次左右（每次反射光程25厘米），
可是实验结果并不明显，甚至似乎有相反的结果，
估计就是反射镜运动使得反射角反而减小的结果了？
这就是说不能用反射法增加“光点偏移”量，
激光只能一次照射在靶上才行，
这就要求很高的飞行速度了，
现在既然已经明确了第三宇宙速度16700 m/s，
那么这个实验的理论观测值也就确定了，是0.167毫米？
这有什么意义呢？
1、如果真如此（按光子说也应该得到同样的结论），
那么就可以用激光点是否偏移来判断飞船的状态：静止或运动，
那么狭义相对论的“相对性原理”就有问题了，
这个原理认为：封闭的飞行器中的任何物理实验都无法确定自己的运动状态，
或者叙述成：任何运动状态的观察系内应该有相同形式的物理定律，
2、这样也就间接说明了光速的相对性，
因为飞船内的人会认为光走过的是一条斜线（直角的斜边），
这样他会认为运动飞船内的光速较快，
而且光速与飞船的速度成正比，
这显然是与“光速不变原理”相矛盾的？
3、通过试验可以确定光点偏移量与飞船速度之间的对应函数关系，
从而制造出一种航天速度仪？
4、如果考虑到飞船外壳对假想中的光介质（以太或暗物质）的拖引作用，
可以把实验装置伸出飞船体外，如果飞船内外的实验结果没有差异，
就说明飞船外壳对光介质的拖引作用很小，
否则，就可以用不同的物质包裹实验装置，
从而观测不同物质对光介质的拖引效果（可以参考非索戈引系数），
几种可能的实验结果分析：
1、光点没有任何偏移：
飞船内实验：说明光介质是随飞船一起运动的或光子具有惯性，
飞船外实验：说明可能不存在光介质，
或者光子具有惯性：在飞行方向保持了光源的速度，
2、光点向飞船后方偏移：
飞船内实验：偏转量较小，说明船体对光介质有部分拖引作用，
飞船外实验：偏转量较大，说明光介质可能存在，“光子说”难以成立，
3、飞船内外的光点偏移量完全相同：说明飞船对光介质没有拖引作用，
这样就对“光子说”比较有利，
4、光点向飞船前方偏移：
不可思议，
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田木而果，根深叶茂，世因重探，天地再汇
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