不夸张的说,你这个改进模型很不错
相信你也知道我的意思了?问题出在哪里呢?探讨着看吧,不许太夸张了哈? 我想来想去还是首先要多谢你想出这个改进模型,使得匀速收绳成为可能,
其次, 一、这种情况下的小球m1的轨迹就肯定是一条“等角螺线”(对数螺线)了, 其极坐标形式为:r=ae^kθ 最大特点是: 该螺线上任意点P的切线与极轴(r方向)的夹角φ都相等:φ=C, 所以被称为“等角螺线”(又叫对数螺线), 这意味着该曲线与圆心在极点O的圆不可能有“公切点”(除非u=0), 所以小球不能以 v=v0+u 切入小圆轨道, 只能与小圆轨道相交后,由离心力提供径向减速力, 最后使得径向速度u=0后,才能进入小圆轨道,
该螺线的另一个特点是(推论): 该螺线上任意点P的切向分速度v0与径向分速度u之比不变, 因为:v0/u = tgφ =C 只要u不变,v0也不会变,当u逐步减小到零时,φ也同步减小到零, 于是大圆和小圆的线速度都是v0, 这就保证了“切向动量守恒”在此情况下成立:r*ω=C=v0
另外,由于在小球沿等角螺线的运动过程中, 总有:离心力=向心力:mv0v0/r = mg, 所以沿轨道切线方向上的合力为零,即总有: v= v0+u =C(常数) |v|=sqr(v0v0 + uu) = C
但并不是所有的轨道都满足“切向动量守恒”, 目前看,似乎只有等角螺线可以满足“切向动量不变”, 不过自然界中存在着大量的等角螺线,动物中有贝壳、鹦鹉螺、象鼻、 一些动物的角与毛等,植物中有向日葵、凤梨、雏菊等, 还有就是一些旋转星云等,总之不夸张的说:圆只是一种特殊的等角螺线,
=========================================================== 那么什么轨道不满足“切向动量守恒”呢? 只要螺线上任意点P的切线与极轴(r方向)的夹角φ不是常数:φ≠C, 或者离心力≠向心力:mv0v0/r ≠ mg, 就难以保证“切向动量不变”了,因为:
1、由于φ≠C,切向分速度V=v*sinφ ≠ C = v0, 即使没有切向力的作用,切向速度 V=v*sinφ 也会变化, 特别当某点P的切线与极轴(r方向)的夹角φ=90度时, P就可以成为轨道与小圆的“公切点”,
使得小圆线速度rω = 轨道切线速度v = 极轴切向速度V, (比如在P点处停止拉绳) 而不是“切向动量守恒”要求的:rω= v0 =C,
2、如果离心力≠向心力:mVV/r - mg = f≠0, 那么由于φ≠C,轨道切线方向上的f分力为: f'=f*sinφ,所以轨道切线速度v≠C, 于是极轴切向速度 V=v*sinφ中的v与φ都是变量, 这就难以保证:V= v*sinφ = C = v0,
再看椭圆轨道(一半是拉绳,一半是放绳)和双曲螺线, 它们都满足φ≠C的要求,于是都可以与小圆有一个“公切点”, 所以即使没有切向力,极轴切向速度V=v*sinφ也会变化,这是由轨道特性决定的? 具体到行星椭圆轨道问题,显然大多情况下都有:mVV/r - mg = f≠0, V= v*sinφ 中的v与φ都是变量,而且在椭圆长轴顶点(最近日点)处有: 椭圆切线与极轴(r方向)的夹角φ=90度,可以成为小圆的切入点, 所以在这种情况下存在“角动量不变”是有可能的, 也确实有用万有引力公式、f=ma、角动量不变来证明其运动轨迹为椭圆的文章, 而且天文观测也确实证实了在此种情况下的角动量基本不变(还是比较精确的),
但这还不能保证“角动量守恒”的成立, 因为在“等角螺线”轨道的情况下,“角动量守恒”好象就难以成立? 而且各种轨道就很多了,都能满足“角动量守恒”吗? 是否只有“等角螺线”轨道不满足呢?还很难说? 比如“连锁螺线”:r=a/sqr(θ), 它对应的条件是:θ'rrr=C,而不是θ'rr=C,
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