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上一主题:突发奇想:声波既然传递能量,是... 下一主题:08年南京大学法硕研修班
整理各位朋友对“陀螺问题”解答的意见,再问。请不要回避。
[楼主] 作者:和满  发表时间:2005/01/27 08:10
点击:2505次

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 [2楼]  作者:ccxdl  发表时间: 2005/01/27 11:21 

回复:不论采用左手规则,还是右手规则,进动导致的转轴方向转向都相同,就看是那端受阻决定另一端朝转向前进。
 

大家知道,除非是全对称球体结构,一般情况下,物体绕不同方向的转轴转动时,转动惯量不相等。陀螺转动后,在过转轴的平面上受到力矩作用,该力矩的方法与陀螺自转轴垂直,它会改变陀螺自转轴方向而形成进动,但究竟有多大的影响,并非可以直接按照陀螺自转的转动惯量来进行计算!如果在过转轴的平面上受到力矩很小,陀螺可能就只在出现进动的情况下保持不倒。但在过转轴的平面上受到力矩很大时,陀螺就在出现进动的同时倒下。

我不太清楚“空竹横跑”的具体表演,具体问题要具体分析,要抓主要原因。

不论采用左手规则,还是右手规则,进动导致的转轴方向转向都相同,就看是那端受阻来决定另一端朝转向前进。陀螺从快速转动变慢,出现“进动”方向突然改变,表明实际的工作机制比单一的进动影响复杂,陀螺转轴下方并没有一直固定在水平上一个点处。

Ccxdl 2005年1月27日

 [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/01/27 14:26 

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 [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/01/27 14:34 

“进动”方向突然改变,是否为另一种力作用的结果?

“进动”方向突然改变,是否为另一种力或力矩作用的结果?如摩擦力,现在无法仔细观察,不好说。

 

 [5楼]  作者:ccxdl  发表时间: 2005/01/27 21:59 

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 [6楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2005/01/28 04:12 

只要有重力矩存在,没有微挠,也要倒

1 陀螺问题,是经典力学问题,还是分析力学问题?

【【【【当然是经典力学问题。

经典力学与分析力学不具有同等地位关系。分析力学是哈密顿力学,拉格朗日力学的通称,它们也研究牛顿力学,它们是用解析方法研究力学问题。而牛顿力学有时用了矢量图。因为分析力学引入了广义坐标,广义动量概念,所以场论也能写成分析力学数学形式。】】】


2 假如是分析力学问题,分析力学与经典力学是否能完全互通?即:使用经典力学是否能推导出分析力学的所有定理?


3 理想状态平自转陀螺(垂直倾角足够小,进动章动足够小,阻力足够小,无扰动),最后是否会倒?理论原因?

 

【【【只要有重力矩存在,没有微挠,也要倒。】】】


4 轴两端由线悬挂的高速横自转陀螺,剪断一线,(久广陀螺模型)会呈现出什么运动状态?理论原因?


 [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/01/28 09:58 

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[楼主]  [8楼]  作者:和满  发表时间: 2005/01/28 12:59 

1 陀螺问题,是经典力学问题,还是分析力学问题?

【【【【当然是经典力学问题。

经典力学与分析力学不具有同等地位关系。分析力学是哈密顿力学,拉格朗日力学的通称,它们也研究牛顿力学,它们是用解析方法研究力学问题。而牛顿力学有时用了矢量图。因为分析力学引入了广义坐标,广义动量概念,所以场论也能写成分析力学数学形式。】】】

谢谢指点。您这样概括以后,我进一步理顺了自己的思路。

可否这样认为:经典力学有两种含义,一种含义指运动学及动力学“牛氏基本关系”,一种含义指矢量图的“数学研究方法”。而分析力学指用解析方法研究力学问题的“数学研究方法”。“基本关系”与“数学研究方法”不具有同等地位关系。分析力学可使用于牛顿力学动力关系,也适用于广义相对论动力关系。

2 假如是分析力学问题,分析力学与经典力学是否能完全互通?即:使用经典力学是否能推导出分析力学的所有定理?

具体说来,使用矢量图研究的方法,是否能定性推导出分析力学所推导出的所有结论?

3 理想状态平自转陀螺(垂直倾角足够小,进动章动足够小,阻力足够小,无扰动),最后是否会倒?理论原因?

【【【只要有重力矩存在,没有微挠,也要倒。】】】

很高兴。我比较习惯这种对具体问题,做明确判断的讨论。

4 轴两端由线悬挂的高速横自转陀螺,剪断一线,(久广陀螺模型)会呈现出什么运动状态?理论原因?

这是个难题。您现在忙,我等您。还是您认为这道题简单得不言自明?可是我现在就是不明。

 [9楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/19 14:47 

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 [10楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/22 10:28 

这个事关宇宙基本法则的问题不能引起各位兴趣?

在不知道旋转运动与平动运动的关系,不能由平动推出旋转运动,不能确定宇宙由何种基本法则主宰的前提下,奢谈"运动"是不明智的

因此,才出现了"托马思进动"问题,才出现了久拖不决的"旋转坐标变换"问题

不弄清楚本贴的根本"旋转问题",其他所有讨论都是做无用功

比如
3 理想状态平自转陀螺(垂直倾角足够小,进动章动足够小,阻力足够小,无扰动),最后是否会倒?理论原因?

【【【只要有重力矩存在,没有微挠,也要倒。】】】

沈博士这个结论是错误的,理想惯性保守系统,存在"强迫规则进动",理论上,这个运动无始无终

 

 [11楼]  作者:马国梁  发表时间: 2008/06/23 11:54 

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 [12楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/25 09:39 

呵呵,老马又来凑趣

说话的工夫都没有?
[楼主]  [13楼]  作者:和满  发表时间: 2008/06/27 21:06 

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[楼主]  [14楼]  作者:和满  发表时间: 2008/06/27 21:10 

陀螺相对竖竿之间的夹角是固定的?还是不固定的?
-----------------------
确切表达为:是否对陀螺与竖竿之间的夹角,做了机械固定?即陀螺不转动时,是否会掉下来?
 [15楼]  作者:长空雁鸣  发表时间: 2008/06/28 03:20 

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 [16楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/28 08:10 

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 [17楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/28 08:33 

对【14楼】说:

和满先生好,我等你很久了

我拿的就是图上的玩具,陀螺与支座当然是分离结构,如果不自转,毫无疑问是要掉下来的

现在的问题是,一旦自转,他就不掉下来(或者掉的慢)

为什么会如此,我认为这是一个至今尚未解决的问题

经典力学解释陀螺运动的理由是“因为力矩M水平(dL水平),如果陀螺正在规则进动,所以陀螺不倒并进动”

相同的理由还可以解释陀螺倒下“因为力矩M水平(dL水平),如果陀螺正在倒下,所以陀螺倒下”

这里的“如果……”就是方程中至关重要的初始条件,但是我感觉这似乎构不成“理由”,充其量是对客观现象的描述

所以长期以来,我一直在和这样的解释作战,有时被我追急了,高手们就会跑进“分析力学”,拿出“空间旋转的对称性”来解释陀螺,呵呵,在我看来,仍然是没说清楚

何谓“说清楚”?那就是“把陀螺质点化,应用牛顿力学”进行分析,否则,均为含糊其辞

因为,悬空的苹果要掉下来,这是首先应该接受的基本事实,以此事实出发,应该能解释我们眼前的其他现象,但是,陀螺就可以一端悬空而不掉下来,正如和满先生所说“按牛顿力学,把陀螺质点化,那就应该掉下来”,实际上却没掉

我希望弄清楚的正是“为什么”,即从牛顿基本定律出发,解释陀螺现象

然而人们似乎对看不见摸不着的以太、光子很执著,却很少有人对这个眼前的现象感兴趣~

我记得和满先生曾发誓要弄清楚,所以对你印象深刻

 [18楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/28 09:47 

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 [19楼]  作者:长空雁鸣  发表时间: 2008/06/29 15:22 

把陀螺放到合外力为零的环境中自传,那么陀螺的运动状态在表象上什么情况?
假设在陀螺的自传轴垂直角度施加力,陀螺的运动轨迹会是什么样的?
假设在垂直于陀螺自传的方向施加力陀螺的运动轨迹会是什么样的?
在陀螺保持自转的同时,上述两个力会不会彼此转化?为什么?如果不能,陀螺保持固定角自旋。
从试验来看,是不能转换,但为什么不能转换,需要讨论力的理性思考
[楼主]  [20楼]  作者:和满  发表时间: 2008/06/29 19:51 

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[楼主]  [21楼]  作者:和满  发表时间: 2008/06/29 19:57 

9楼视频中的物理现象,不是电脑特技,也不是云野鹤施了魔法,是可重复物理实验。
为什么不掉下来?

“为什么会如此,我认为这是一个至今尚未解决的问题”。

 [22楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/29 19:58 

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 [23楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/29 20:13 

对【21楼】说:

和满先生好

首先沈博士"没有微扰也会倒"的结论是错误的
理想保守系统下,受外力矩作用,陀螺会出现"强迫规则进动","规则进动"即倾角不变,这个运动状态是不会自行破坏的,因此"陀螺不会倒"

9楼的事实,不但可重复试验,而且自宇宙创生直至宇宙消亡,都广泛地存在于宇宙间,甚至我们体内(基本粒子的旋转性充分体现了陀螺运动特性)

关于视频中的陀螺"为什么不掉下来",我已经给出了一个独辟蹊径的思路,如有时间,请和满先生赏光,并请指点

http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-87910-1-1.html

 [24楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/29 20:21 

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 [25楼]  作者:124.115.169.*  发表时间: 2008/06/30 15:37 

对22楼说
第二个问题不然,在充斥着质量的空间中,如果陀螺不自传,那么按照会按照力的方向做直线运动,如果陀螺自传会和力的方向成一定夹角运动,夹角大小取决于陀螺自传速度。这个力指场力,不存在作用于质心问题。
也许我们做的试验有数据上的特殊性,那就是陀螺的整体质量,转子质量,旋转速度,球体半径都是一个固定值的时候陀螺进动,其中除转速之外其他的值既定,那么转子转速达不到旋转平衡速度时脱落自然会掉下来,而且由于动能的逐渐消失,会呈螺旋装掉下(如果一头是永久接触的话),如果是支撑接触则会直接掉下来。当陀螺旋转速度高于平衡速度时陀螺会呈螺旋上升,直至自旋转平面与重力垂直。
第三个问题可能我的表述有点含糊,意思是有垂直与陀螺自旋平面的场力作用的情况下。
 [26楼]  作者:124.115.169.*  发表时间: 2008/06/30 15:45 

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 [27楼]  作者:124.115.169.*  发表时间: 2008/06/30 15:54 

在25楼的论述中如果重力场既定,那么我所说的那几个值如果要取得进动平衡速度,可以写成一个带有二次项的数学式子,求出旋转速率
 [28楼]  作者:124.115.169.*  发表时间: 2008/06/30 16:02 

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 [29楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/30 16:19 

请建立力学模型,建议画图


另外,任何改变陀螺自转轴指向的企图,都会遭到反抗,并导致陀螺进动

17楼的陀螺自转起来后,握在手里,主动改变自转轴方向,将会感受到来自陀螺抵抗,并在垂直方向出现进动

这恐怕不是“陀螺质量要调整到各点在场力上的受力平衡”

再有,既然要追寻陀螺运动的道理,首先应该确认目前“道理”不明
否则,如果像“因为地球自转,所以太阳升起”这样清晰简洁透彻的道理存在,就不需要再去问“太阳为什么升起来”

针对陀螺,集300年人类智慧之大成的经典力学浩繁巨著,是否已经讲清楚了陀螺运动的“道理”,也就是是否回答了21楼和满先生的“为什么不掉下来?”

这个问题应该首先确认,否则在已经知道了“地球自转”的前提下,再去盲目追问“太阳为什么升起来”是不明智的

现在的问题是,经典力学讲清楚了吗?
楼上网友意见如何?
和满先生的意见就在上面,我认为他极有可能像我一样,认为经典力学没有能力完成这个任务
 [30楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2008/06/30 16:29 

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