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“绳球问题”中,线速度方向上的力=?
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2006/07/02 17:14
点击:1825次

正和:“正确的切向是小球瞬时运动方向, 绳力沿这个切向和垂直于这个切向的方向(即法向)作正交分解, 两个正交分力都不为零,这样分解出来的两个分力性质才是纯粹的: 要么只改变速度大小,要么只改变速度方向。” 这里有个问题,按这种标准、“纯粹”的分解法,相对新圆心的力矩并不为零? 那么这种分解方法还有意义吗?或者说还能用来说明“角动量守恒”吗? 另外,如果对应“法向”的是“切向”,那么对应“径向”的是什么呢?给起个名字吧? 或者说对应rω的是什么速度?线速度?那就该叫“线速度方向”? 好吧,那就请正和说说这个“线速度”V是怎么改变的? 作用在这个线速度方向的力=?加速度=?最好能用你擅长的数学语言表达, 如果你认为这个线速度方向上的速度没有意义, 那么角动量L=rrω = rV 是什么意思呢? 这里的V就是线速度,你总说这个V没有意义(伪切向?),那么角动量还能有意义吗? ------------------------------------- 或者再说的简单一点,既然力矩为零M=0,则角加速度α=0, 那么角速度ω为什么会改变?对应的角加速度α=? 会不会是有一个隐含的“等效力矩”呢?怎么表达? 或许使用了“等效力”的概念后, 就有了线速度方向的“等效加速力”和使得ω变化的“等效力矩”? (暂且不考虑“等效力”的力矩不为零问题)
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 [2楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/02 21:05 

离心力是相对某个中心点而言的
(1)离心力是相对于某个中心点而言的,在绳球模型中,小球相对于坐标原点的离心力仍然是用VV/r计算的,其中V是小球在垂直于绳子方向的速度分量。我的解法即是基于这点的。如果正和认为不能这样计算,是他的误解。把V误解为小球的合速度。基于合速度的小球相对于相切圆中心的离心力vv/R(R为曲率圆半径)在本题中没有意义。
(2)你认为“力矩为零M=0,则角加速度α=0”是不对的,没有任何物理原理支持这一说法。只能说“力矩为零M=0,则角动量变化率=0”,在本例中,绳的张力相对于原点的力矩为0,角动量不变,但张力在小球向内运动,即r减小的过程中对小球做功,它反映在小球动能的增加上(实际画一下力对水平运动的小球做功的线路与没有水平速度下面的小球是不同的。明显的不同是这个过程中力的方向都改变了)使小球的合速度增大,导致小球在与绳垂直的方向上的速度也增大。观察人体舞蹈旋转的情形可以很好地理解这点,当然也可以自己转转看“线速度”的变化。

※※※※※※
黄氏时空由光频多普勒红移定义可变时间单位秒t'=tsquart[(C-V)/(C+V)].时间秒的变化导致了可变光速C'=Csquart[(C-V)/(C+V)].光速的变化导致了可变距离单位米l'=lsquart[(C-V)/(C+V)].黄氏自旋衰变相互作用模型:引力=动量变化率,电磁力=角动量变化率.超光速C=2ZM/r
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/02 22:15 

这个“绳球系统”也有势能?
为什么说:“小球相对于相切圆中心的离心力vv/R(R为曲率圆半径)在本题中没有意义”呢? 它有大小、有方向,分析它相对于哪个转轴,也是为了确定其大小和方向? 它总不会因为不把绳力F分解到法向就不存在了吧? 另外,你说:
“张力在小球向内运动,即r减小的过程中对小球做功,它反映在小球动能的增加上”, 可是小球在绳方向上增加的动能到哪里去了? 变成了“绳球系统”的势能?或许也可以这么说吧, 因为放绳时,确实释放出了小球的动能,这种势能也蛮古怪的,很少说起?
 [4楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/03 13:07 

不是我的误解,而是你太相信错误的直觉了。

(1)离心力是相对于某个中心点而言的,在绳球模型中,小球相对于坐标原点的离心力仍然是用VV/r计算的,其中V是小球在垂直于绳子方向的速度分量。我的解法即是基于这点的。如果正和认为不能这样计算,是他的误解。把V误解为小球的合速度。基于合速度的小球相对于相切圆中心的离心力vv/R(R为曲率圆半径)在本题中没有意义。

///正和:对非匀速圆周运动,除了按定义计算加速度,根本没有VV/r这样的简单直觉公式,不管你的V是线速度还是垂直于R的分速度。以天体在远日点和近日点为例,设远日点离太阳R,速率V;近日点离太阳r,速率v。这里的速率既是线速率又是垂直于r的分速率。假设你的算法成立,则有GM/R^2=V^2/R,GM/r^2=v^2/r,于是得到V^2R=v^2r,这与由角动量守恒定律导出的VR=vr相矛盾,除非V=v,R=r,即天体做匀速圆周运动。太相信自觉不会有好结果的。虽然你的方法也得到小球振荡的结论,但你那是歪打正着,与我的概念清晰的方法并不等价。

(2)你认为“力矩为零M=0,则角加速度α=0”是不对的,没有任何物理原理支持这一说法。只能说“力矩为零M=0,则角动量变化率=0”,在本例中,绳的张力相对于原点的力矩为0,角动量不变,但张力在小球向内运动,即r减小的过程中对小球做功,它反映在小球动能的增加上(实际画一下力对水平运动的小球做功的线路与没有水平速度下面的小球是不同的。明显的不同是这个过程中力的方向都改变了)使小球的合速度增大,导致小球在与绳垂直的方向上的速度也增大。观察人体舞蹈旋转的情形可以很好地理解这点,当然也可以自己转转看“线速度”的变化。

///这段回答很准确!力矩为零并不意味着角加速度为零。只有对刚体而言才有力矩为零角加速度为零的结论。yanghx等人显然是将刚体的结论到处乱用了。绳球模型中绳子在缩短,根本就不是刚体转动。

 [5楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/03 14:12 

正和又犯相同的错误了
///正和:对非匀速圆周运动,除了按定义计算加速度,根本没有VV/r这样的简单直觉公式,不管你的V是线速度还是垂直于R的分速度。以天体在远日点和近日点为例,设远日点离太阳R,速率V;近日点离太阳r,速率v。这里的速率既是线速率又是垂直于r的分速率。假设你的算法成立,则有GM/R^2=V^2/R,GM/r^2=v^2/r,于是得到V^2R=v^2r,这与由角动量守恒定律导出的VR=vr相矛盾,除非V=v,R=r,即天体做匀速圆周运动。太相信自觉不会有好结果的。虽然你的方法也得到小球振荡的结论,但你那是歪打正着,与我的概念清晰的方法并不等价。


////////宇观:你有什么理由认为近日点和远日点处的离心力等于引力呢?不记得此时的法向加速度不为0了?

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 [6楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/03 14:33 

注意这是在牛顿框架内讨论问题,万有引力是天体唯一的向心力。
我都不知你在说啥了。
 [7楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/03 14:38 

是唯一的向心力没错,但引力不全部是向心力
天体不也是里外振荡的吗?凭你的理解力竟不能明白?

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 [8楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/03 15:37 

在远日点与近日点,引力垂直于速度,不全是向心力又会是什么?
用远日点与近日点这两个特例,只是要表明你凭空而来的向心力公式VV/r不正确而已。
[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/03 22:07 

正和怎么连角动量L怎么表示都忘了?不是Vr吗?
“根本没有VV/r这样的简单直觉公式,不管你的V是线速度还是垂直于R的分速度” 那正和能否给出椭圆轨道上任意点P的角动量L的表达式呢? 不是V*r吗?这里的V没有意义?是伪方向上的伪速度? 如果正和认为不能把椭圆运动分解成一个圆周运动(VV/r)与一个径向直线运动的话, 也个该有个理由才对? 如果你认为不是一个匀速圆周运动(V≠C),那么变速圆周运动总可以吧? 怎么能说VV/r没有意义呢? VV/r = rrrωω 这里的r和ω以及rrrωω都有很明确的物理意义? 对于vv/R,如果把绳力F分解到法向,则vv/R就存在了? 不把F分解到法向,vv/R就不存在了?怎么回事?
[楼主]  [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/03 22:55 

另外再请教正和一个最基本的问题

在牛顿力学里,是否规定了只能把力分解到特定的互垂方向?

我记得说的是:力可以分解到任意两个互垂的方向,
不同的互垂方向不会影响最后的分析结果,
那么是否存在某种互垂方向是“直觉的伪方向”呢?
牛顿力学里哪条规定的?呵呵,你这种说法可有点“伪经典”的意思?

你之所以不喜欢那个“伪方向”(径向不会也是伪方向吧?)---线速度方向, 是因为这样分解、分析,就得不到线速度V改变了, 这难道是牛顿定理运用中的一个漏洞? 可能还是要用“等效力”的概念才能自圆其说?
 [11楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/07/04 00:27 

“正和绳球问题”有力地否定了角动量守恒,求解过程必须而且只须依靠能量守恒和力学平衡(完整解)!

    首先要更正在我的第77817和77822帖中公式导出的一个错误﹕力学平衡或能量平衡方程都没有把系着在水平板下面小球的运动状态考虑进去,导致最后方程的表达系数有误,特表示歉意!

    在正和的第77804中,第(7)式的能量守恒表达方程是完整的,可就是因为他的这个能量守恒方程及其第77804帖,才使我清楚地明白了角动量并不守恒!

    我曾经认为具势运动的角动量守恒应该无可置疑,所以直接套用行星模型进行问题求解,而且根本没来得及看第77804帖的解题结果就断言r=L的特解,可是正和的整个能量守恒方程就这么一个特解难道不奇怪吗?为什么就不存在r等于其他值的力学平衡解?

    其实,根据正和“无磨擦”的题意,由初始条件速率V决定的力学平衡点在任何位置都有可能发生,“小球将产生振荡”的时间会很短!可为什么就只有r=L的特解呢?原来就是因为错误地人为规定了角动量VL守恒!

    现在,我们抛开角动量守恒重新建立力学平衡和能量守恒方程(省略质量m的表达)﹕

    2(d²r/dt)²  -  (dφ/dt)²r =  -g             ..............(1)

    (dr/dt)² + (rdφ/dt)² /2=  V²/2  + g(L-r)  ......(2)   

    当刚松开小孔处夹着绳子的夹子后,在第(1)式和第(2)中的径向r处的速度和加速度都不为零,但由于“绳子可以无磨擦地在小孔中滑动”且绳子长度很有限,于是系统很快达成第(1)式的力学平衡,于是有(rdφ/dt)² = gr 代入第(2)式得﹕

    (dr/dt)² = V²/2 + g(L - 3r/2)   ..........(3)

    很显然,当dr/dt≠0时力学平衡立即被打破,所以第(3)的左边必须同时为零,于是最后得到完整解﹕

    r =  (2L +  V²/g)/3 ≤ 2L   ...........(4)

可见只有当V²=Lg时才会出现正和的第77804帖中的特解,也由此可知,角动量mr²(dφ/dt)



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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
 [12楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/07/04 00:36 

补充(抱歉,没写完就错发了)﹕角动量的大小值是由达到平衡位置后的速率V和半径值r决定的,在半径r变化的过程中绝对不守恒!


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 [13楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 09:53 

请再读一遍77832帖,理解其中的VR=vr。你让我莫明其妙。
远日点和近日点的角动量是mVR和mvr。你这样的讨论让看客发噱。
 [14楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 09:58 

当然可以。但是
切线方向只有一个,如果不在切线方向和法向方向这唯一的标架中分解,则每个分力都既改变速度大小又改变速度方向,这时就不能定性分析而必须定量计算。早跟你讲过这道理了,怎么还夹缠不清?
 [15楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 10:02 

角动量守恒不是人为规定的,早先的帖子已经由力沿绳子即y''/x''=y/x导出角动量守恒。
“绳球问题”中,线速度方向上的力=?
 [16楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/04 11:41 

看来要从最基本的概念上弄清楚:什么是离心力?
离心力一般定义为切向速度对牵引它的中心点所表现的惯性力。
按正和所说的匀速圆周运动概念理解也行,变速度圆周运动在某一时刻的离心力等于该时候切向速度所对应的匀速圆周运动的离心力。
而正和把所有的惯性力(包括径向减速所表示出的惯性力)都认为是离心力,这显然是概念性的错误。
在精确扣除径向加速的惯性力后,离心力普遍公式VV/r并没有违犯他所列举的近日点或远日点处的动量规则。
因为,对天体运动来说
GMm/r^2并不等于离心力VV/r,而是
GMm/r^2-Fr=mVV/R

其中Fr为径向加速所需要的引力。
分析:
天体运动在本质上与绳球模型没有区别,也是振荡的,没有平衡点。天体在由近日点到远日点运动的过程中,部分引力被用于对天体的径向减速。反之,在天体从远日点向近日点运动的过程中,径向加速也分去了部分引力。


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 [17楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 11:49 

别强辞夺理啦

在远日点和近日点时,引力完全垂直于运动方向,所以它只改变速度方向不改变速度大小。这时有dr/dt=0(没有你说的那种径向加速),dv/dt=0,dv/dt=g=-GMr/r^3,你不会不知道上述关系吧?

你提出变速运动小球的离心力等于垂直于绳的速率v^2/r是没有任何推导的直觉结论。

 [18楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/04 13:41 

正和头昏了应该休息一下,不要据“理”力争
dr/dt=0并不意味着d^2r/dt^=0,即速度为0并不意味着加速度为0,这点连中学生都知道,天体近远日点正好是这方面的例子。
我们没有必要辩了,是概念性冲突。惯性力是否都要看作离心力,我看也没有什么不可,前后一致就行。不过,如果这样,火车加速时小球后行的惯性力都是离心力了。大家是否同意你这一“统一”离心力的观点呢?

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 [19楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 14:04 

不要扯远了。我举近日点与远日点,就是为了归谬你的离心力公式
所以你无需再举更多的例子,只要在这两个点不成立,就证明你的公式是错误的,不是严谨导出来的而是直觉出来的。
按你的“径向加速力”来理解,d^2r/dt^2中r是极径,是标量,在远近日点时这个二阶导数也为零,难道这就是你的“径向加速力”与“向心力”的创造性划分?
 [20楼]  作者:宇观系统论  发表时间: 2006/07/04 14:30 

正和也开始凭直觉说话了
/////正和:d^2r/dt^2中r是极径,是标量,在远近日点时这个二阶导数也为零。


//////宇观:请问,你是如何证明d^2r/dt^2这个二阶导数也为零的呢?

想想绳球模型吧,天体模型与绳球模型并没有本质区别,区别仅在于力的大小上。如果这个二阶导数为0,是什么神秘的力量使天体返回远日点的呢?上帝的第一推动力吗?

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 [21楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 14:54 

这次我的直觉错了。待我再检查一下你对绳球问题的解,看看你的向心力与径向加速力这种创造性分解是否与我的解等价。
我犯了一下昏,将内接圆的半径与极径搞混了,就出了这样的直觉性错误。你的分解是创造性的,是因为它不是正交分解,实际上分解角是变化的,比如在远近日点两种力共线,因此只针对力始终通过一个定点的情形才“可能”成立。
 [22楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/07/04 14:59 

你不理解我那天体运动的力学平衡方程还在这强辞夺理?


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 [23楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/07/04 15:09 

一句话﹕先找出动量矩守恒的依据再来与我辩(我都差点向你投降了找出我这“错误”吧)!

相对论我也敢反,矢量运算规则数理逻辑的可信度我也敢怀疑,在这还有闲心去看你那些废话?(又要迟到了)

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 [24楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2006/07/04 15:11 

还是好同志!晚上见


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[楼主]  [25楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/04 15:34 

那正和能否给出椭圆轨道上任意点P的角动量L的表达式呢?
我问的是任意点P,你却回答近日和远日点?怎么了?
[楼主]  [26楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/04 15:45 

怎么不能定性分析?径向绳力改变的是径向速度U,
v=V+U  (矢量和),
U改变了,v的大小和方向都要改变,这不是很简单吗?

关键是这里可能还要把实际存在的vv/R分解一下,这才是关键,
你也承认“等效力”存在的必要,可又极力回避这个问题,奇怪,
看来你现在是听不进去这些了,只好以后再说吧,

 [27楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 15:47 

痛快!你的分解方法当且仅当小球所受合力始终指向原点时成立。

你的“径向加速力”和“离心力”隐含着与“径”“共线”这一要求,我已经严格证明在这种情况下也仅在这种情况下你的分解法成立,因此你对绳球模型的解与我的解等价。但你的分解法所用到的概念“离心力”与“径向加速力”是这种特定情况下的创造。在证明这种分解法成立之前,这种分解确实是一种直觉,难以令人信服。这种分解法该叫做“宇观分解法”。

你得到的动力学方程是:
g+2d^2Y/dt^2=v^2L^2/(L+Y)^3
用我的符号表达出来就是:
g+2r''=V2L2/r3

而我得到的方程是:
2r'2+(VL/r)2=V2+2g(L-r)
两边对t求导即得
4r'r''-2r'V2L2/r3=-2gr'
两边除以2r'并移项即得
g+2r''=V2L2/r3
我的方程是一阶微分方程,比你的方程阶数低,好求解一点。

 [28楼]  作者:正和  发表时间: 2006/07/04 15:59 

匀速圆周运动中有径向力,但径向速度却不变。
因此,只有按速度方向和垂直于速度方向做力的分解才能定性地分析速度的大小和方向的改变。
[楼主]  [29楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/04 16:17 

奇怪,你好象惧怕离心力?这我要好好想想是怎么回事
“绳球问题”中,线速度方向上的力=?
[楼主]  [30楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/07/04 16:26 

这样分解后,力矩还为零吗?

只有按速度方向和垂直于速度方向做力的分解才能定性地分析速度的大小和方向的改变。

你也不用急于分析速度的大小和方向了,
先看看此时的力矩是否为零?

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