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野鹤先生:现将我刚刚计算的结果汇报如下:
[楼主] 作者:马国梁  发表时间:2006/06/04 10:46
点击:788次

野鹤先生:现将我刚刚计算的结果汇报如下:
设圆盘半径为6厘米,质心离支点为6厘米不变。自转转速为18转/秒。陀螺自转轴从α= 90度位置开始释放,那么
当两盘合并时,进动速度为0.4591转/秒,自转轴角α=90.03697度
当两盘相距6厘米时,进动速度为0.4587转/秒,自转轴角α= 90.04613度
当两盘相距12厘米时,进动速度为0.4569转/秒,自转轴角α=90.07323度
当两盘相距1.2米时,进动速度为0.1935转/秒,自转轴角α= 90.6633度
当两盘相距12米时,进动速度为0.02164转/秒,自转轴角α= 90.82147度
当两盘更远时我没算。估计进动速度趋于0,自转轴低头更大。怎么样?有什么感想呢?
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 [2楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 14:26 

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 [3楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 14:48 

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 [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/04 21:41 

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[楼主]  [5楼]  作者:马国梁  发表时间: 2006/06/04 21:47 

遵命!现呈上计算结果——
两盘相距12厘米:
当自转速度为180转/秒时,进动速度为0.04597转/秒,自转轴角α=90.000741度 ;
当自转速度为1800转/秒时,进动速度为0.004597转/秒,自转轴角α=90.00000752度 ;
当自转速度为无穷大时,进动速度为0 ,自转轴角α=90度 。
看见没有?这就是理论计算的威力!是用实验根本测不出来的数据。
 [6楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 21:57 

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 [7楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 22:00 

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 [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/04 22:11 

但是实验可以知道与哪些关键因素相关?
这恐怕又是理论计算难以作到的?比如经典的计算公式吧,

只要通过实验尽量把关键的因素考虑周到了,
计算公式的最后确定可以由常系数k来确定的?
 [9楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/04 22:32 

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 [10楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 22:58 

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 [11楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 23:43 

谢谢刘先生关注
现在有可能证明根据角动量定理推导出的进动公式是错误的,由此引发对角动量定理的质疑。

※※※※※※
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 [12楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/04 23:45 

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[楼主]  [13楼]  作者:马国梁  发表时间: 2006/06/05 09:44 

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 [14楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 10:07 

抱歉马先生,前面如有失敬还请原谅
我要的是各转速下,分开与合并进动的精确比值,有劳老兄

※※※※※※
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 [15楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/05 13:26 

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 [16楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/05 13:44 

呵,我确实不是MM
所以年龄也不用保密,59年的,可能是要大两岁?
我觉得陀螺进动问题可能还质疑不了“角动量守恒”, 也质疑不了“角动量定理”,而是质疑他们错用了“角动量定理”, 即错误可能在于忽视了“角动量定理”的前提条件: 在 M=dL/dt 中,力矩M=F*r中的F不能与角动量L矢量相交或平行, 否则就会出现错用了转动惯量的问题?
 [17楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 14:13 

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 [18楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/05 15:18 

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 [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/05 16:25 

再看看近几年来一些教科书上的分析

不仅如此,书里还要求M=F*r中的F必须是“外力沿其作用点转动圆周的切向分力”,
参见:一般的教科书,比如《大学物理》天津大学出版社91页,

该书是这样分析陀螺进动的:
首先把倾斜的自转角动量L分解到Z轴和X轴:
L=Lz + Lx
Z轴分量Lz显然垂直于M,所以不用考虑,而X轴分量Lx却是与M平行的,
所以就得到:
dL/dt = d(Lz + Lx)/dt = (Lsinθ)dLx/dt
既然Lx没有大小的变化,当然就只有方向的变化了:
dL/dt = (Lsinθ)dLx/dt = (Lsinθ)di/dt = (Lsinθ)dψ/dt = (Lsinθ)Ω
(i是X轴的单位矢量,Ω是进动角速度)

于是就得到:
dL/dt = (Lsinθ)Ω = M =mg(r*sinθ)
所以:
Ω= mgr/L = mgr/Iω
(其中r是陀螺的质心位矢,I是陀螺自转角动量,ω自转角速度)

这样的分析初看好象没有什么问题,但仔细分析就可以看出问题来了,
首先M不会引起角动量L分量Lx的方向改变(di/dt),因为M垂直于进动角速度di/dt=Ω,
其次M=F(rsinθ)中的重力F显然不是Ω转动圆周上的切向分力,
引起分量Lx的方向改变(di/dt=Ω)另有原因,
这个原因就是他们认为过于复杂而忽略了的陀螺“章动+自转”?

所以最后就出现了“带错转动惯量”的问题?

 

 

[楼主]  [20楼]  作者:马国梁  发表时间: 2006/06/05 16:28 

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 [21楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/06/05 20:05 

从初步估算看,结果相差不小?

按经典的估算一下:
M= [I + (I-J)(ω2/ω1)cosθ]ω1*ω2
对于“光盘进动”实验近似有(cosθ≈1):
M= [I + (J-I)(ω2/ω1)]ω1*ω2
ω2= (M /ω1)[I + (J-I)(ω2/ω1)]

保持(M /ω1)换盘前后是不变的,主要分析[I + (J-I)(ω2/ω1)],

一、两个合并大盘:
(两大盘质心到支点的距离r1=6,大盘半径r2=6cm )
由马先生算出的数据可知:
 (ω2/ω1)≈0.5/18= 1/36
所以:
I + (J-I)(ω2/ω1)
= (6*6/2) + [(6*6 + 6*6/4 - 6*6/2)/36]
= 18 + 0.75
= 18.75

二、两个分开小盘:
(两小盘质心到支点的距离仍然是r1=6,小盘半径变为r2=3cm,小盘分开的距离是2*2.6=5.2cm)
先假设ω2会增加2倍:(ω2/ω1)≈1/18 I + (J-I)(ω2/ω1)
= (r2*r2/2) + [(r1*r1 + r2*r2/4 + RR) - (r2*r2/2)] /18
= (3*3/2) + [(6*6 + 3*3/4 + 2.6*2.6) - (3*3/2)] /18
= 4.5 + 2.25
= 6.75 这样算下来,换成分开小盘后:ω2的确要增加:18.75 / 6.75 = 2.7倍≈2倍,
而我们估计只要小盘分开的距离是2*2.6=5.2cm,就可以基本保证ω2不变,

如果增加转速ω1,使得ω2/ω1很小,则经典计算的结果是: 分开小盘比合并大盘的进动角速度ω2趋近于增加18/4.5 = 4倍! 不知我的计算是否正确?请各位帮助检查一下?以便及时修正,

 

 [22楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 21:36 

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 [23楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/05 21:58 

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 [24楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 22:13 

只要……
只要进动公式是错的,角动量定理在劫难逃

这个定理是专为刚体转动制定的,分析不了陀螺,要他何用?

※※※※※※
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 [25楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 22:21 

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 [26楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 22:44 

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 [27楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/05 23:08 

我的观点与明学达观的基本一致,你帖在论坛上的图片已经误导我一年多了!

“陀螺不倒”只能是质点同时分布在“动进轴”(即静止平衡点)的两边时才有可能,质点全部偏离静止平衡点的一侧就不可能不倒了!我看你那实验光盘好多次数后才知道其静止平衡点其实一直被扛杆“扛”着,对于这种被“扛”着陀螺很难进行力学平衡分析。

※※※※※※
相对论一派胡言 物理界混淆是非 时空物绝对独立 “倒相者”返璞归真
 [28楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 23:51 

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 [29楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2006/06/05 23:59 

我试验中的两个陀螺都是用线吊着,所以摇晃。哪有什么杠杆扛着它?


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 [30楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/06/06 00:02 

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