雪鹰J 发表于 2008-3-27 14:54

原帖由 yxaxry 于 2008-3-27 14:11 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
正如愚石的这个图:
第一:旋转的陀螺在重力的作用下向下倾斜,在向下倾斜过程中V2z的线速度要大于V4z的线速度,致使一个力向U(右)方向,就是这个力导致陀螺的进动。
第二:由于陀螺进动向U(右)方向的倾斜,在此倾斜过程中V3的线速度要 ...

可以先请愚石网友回答下面的问题
稳定运转时,支座的水平拉力:
http://www.imathas.com/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cdisplaystyle%7BF%7D_%7B%7Bo%7D%7D%3D%7BF%7D_%7B%7B1%7D%7D%2B%7BF%7D_%7B%7B3%7D%7D%2B%7BF%7D_%7B%7B2%7D%7D%2B%7BF%7D_%7B%7B4%7D%7D%3D%7B%5Cfrac%7B%7B%7Bm%7D%7B%5Cleft(%7B2%7D%7B%7Bu%7D%7D%5E%7B%7B2%7D%7D%2B%7B4%7D%7B%7BU%7D%7D%5E%7B%7B2%7D%7D%5Cright)%7D%7D%7D%7B%7B%7BR%7D%7D%7D%7D

其中:
http://www.imathas.com/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cdisplaystyle%7B%5Cfrac%7B%7B%7B4%7D%7Bm%7D%7B%7BU%7D%7D%5E%7B%7B2%7D%7D%7D%7D%7B%7B%7BR%7D%7D%7D%7D 这一项是牵连加速度产生的离心力,也就是用质心定理计算出的那个离心力。
http://www.imathas.com/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cdisplaystyle%7B%5Cfrac%7B%7B%7B2%7D%7Bm%7D%7B%7Bu%7D%7D%5E%7B%7B2%7D%7D%7D%7D%7B%7B%7BR%7D%7D%7D%7D这一项是相对加速度造成的离心力。
科氏力那一项互相抵消了,在外力上没有表现...

既然你非要让我说,还是那个问题,请估算一下F0大约是重力的多少倍,你的
http://www.imathas.com/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cdisplaystyle%7B%5Cfrac%7B%7B%7B2%7D%7Bm%7D%7B%7Bu%7D%7D%5E%7B%7B2%7D%7D%7D%7D%7B%7B%7BR%7D%7D%7D%7D似乎和自转线速度有关

质点1 的绝对线速度等于自转线速度减去进动线速度:
http://www.imathas.com/cgi-bin/mimetex.cgi?%5Cdisplaystyle%7BV%7D_%7B%7B1%7D%7D%3D%7Bu%7D-%7BU%7D

我们都很清楚,自转越快,陀螺越稳定,极限情况,陀螺自转角速度无穷大,它将横在哪里一端悬空不再运动

而此时,由于自转线速度u无穷大,你的F0也将无穷大,所以你的支座将受到无穷大的水平拉力,可能吗?

即使是目前能够达到的40万转/分的陀螺,你大约估算一下支座将受到多大的水平拉力?

bearcat 发表于 2008-3-27 15:22

回复 879# 的帖子

更高层次的意思是:不要从直观上理解,而要从逻辑上理解。
你别急着讨论公式或者陀螺,一步一步的来。跟着我的思路,别跳步。
从最基本的物理量定义开始,你的很多误解来源于此,所以先别碰公式什么的。

前面帖子里有两个家庭作业,我觉得大概就是你的知识缺陷的位置。
先说第一个:描述运动的物理量的“方向”定义。(为了避免你再过早的绕进陀螺,先说地球自转吧,力矩的方向问题完全类似)
你在回帖中没有给出答案,这个不奇怪,但我觉得你仔细思考之后会得到如下正确答案的:

描述运动的物理量肯定不能只有一个“数”,一定要有个方向才完整。这个你同意吧?那我不解释了。
对于平动来说,速度的方向表示的是“向”哪个方向运动。
而对于转动来说,这个定义会有问题。
显然的,地球“向”哪个方向自转?这个问题我已经提出来了,而你除了说要站在外面看之外,也没有给出答案:站在外面的话,到底“向”哪个方向自转呢?
所以,对于转动问题,这样定义的方向总是不合理的。所以转动的方向一定要用一个没有歧义的方式定义。
对于任何一个刚体的定点任意转动,在一个瞬间,总会有一条直线上的点是不动的(可以数学证明,这里略)。这个直线的方向在任何地方看都一样,没有歧义。所以可以用这条直线来定义转动的方向。我们称这条直线是转动轴,刚体“绕”着轴转动。因为直线两个方向是对称的,所以任意选一个方向做正方向就好,只要在整个理论中,所有选择的方案都一样就没有问题。那么这里可以定义右手螺旋的选择方案来确定直线的一个方向,取消掉直线的对称性来保证定义的唯一性。

简单点说:
定义平动的方向,说“向”哪个方向平动。
定义转动的方向,说“绕”哪个方向转动。

雪鹰的一个逻辑错误就是把这两种方向搞乱了,在转动中一直强调“向”某个方向转动。显然,这是不合理的。

如果以上都接受了,再往下看:

我们知道了地球的自转方向是北。同意吧?不同意就说明没看懂,回头看这个帖子前面说的话。

力和力矩都是物体之间的作用,按理说应该是一样处理的。只是:
力是“推”物体“向”某个方向改变平动状态。
力矩是“拧”物体“绕”某个方向改变转动状态。
仅此而已。

那么,开始考虑陀螺受力。
你如果看懂了我前面的内容,就会知道,因为我们讨论的是转动,所以不该考虑陀螺受“力”,
而应该考虑陀螺受“力矩”!

重力和支持力合起来构成一个力矩,这个力矩的方向是什么?
如果你确认前面看明白了,你就知道,这个力矩的方向和重力、支持力所在的平面垂直。

关于那个公式的意义,我也可以给你详细说明。
但这会儿没时间了,你先把这些看懂。
但至少我可以很负责的告诉你:公式不仅仅是计算的工具,它里面蕴藏了很多逻辑的意义。

511103023 发表于 2008-3-27 17:05

原帖由 bearcat 于 2008-3-27 15:22 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
重力和支持力合起来构成一个力矩,这个力矩的方向是什么?
如果你确认前面看明白了,你就知道,这个力矩的方向和重力、支持力所在的平面垂直。
这个似乎人人都知道哦,需要下文,你不会给我们解释说物体要沿力矩的方向转吧?

kxjh 发表于 2008-3-27 17:06

回复 903# 的帖子

再赞!!这才叫真正学通了,而且有很好的表达能力!

顺便说一个奇怪的事,我14:11的回复当时是901楼(看现在的901楼还有这个后遗证,因为当他是902楼),怎么现在变成600楼了::40:: 是有人使用了道具?

kxjh 发表于 2008-3-27 18:11

原帖由 雪鹰J 于 2008-3-27 14:35 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
哈哈,好啊,深入分析吧,求之不得,用不着你挖坑,说实话,我的确不能精准地描述坐标系,所以以往的讨论中经常困在这里
900楼(原901楼::21::)已补充,请回答问题。

511103023 发表于 2008-3-27 18:46

经过老愚的解释,我觉得我明白了,而且已经知道具体细节和原理

老愚的解释最直观,他直接用力和力矩来解释了陀螺模型的进动和不倒的原因,

自始至终没用到角动量定理,没用到角动量守恒,连微积分也没用到

明白了之后才发现: 这东西挺简单啊, 直接想象就能想出来,甚至不用笔

也想明白了一个问题:为什么没用到角动量定理和角动量守恒,因为这两个规律不适用陀螺, 我们看到在规则进动中角动量明显是不守恒的(方向在一圈圈变化,不守恒原因是有外力矩),角动量定理压根也不适用于作用物体是旋转的东西(角动量定理只适合作用于质点,而陀螺整体不是质点)

老愚太高了
::070821_19.jpg:: ::070821_19.jpg::

511103023 发表于 2008-3-27 18:52

终于可以歇口气了,十好几天就整这玩意,如释重负!!!

现在我敢说那句话了:"给我一个陀螺,面对面的给高中生比画3分钟,就能让他明白"

嘿嘿

[ 本帖最后由 511103023 于 2008-3-27 18:55 编辑 ]

愚石 发表于 2008-3-27 19:01

原帖由 511103023 于 2008-3-27 18:46 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
经过老愚的解释,我觉得我明白了,而且已经知道具体细节和原理

老愚的解释最直观,他直接用力和力矩来解释了陀螺模型的进动和不倒的原因,

自始至终没用到角动量定理,没用到角动量守恒,连微积分也没用到

明白了之后才 ...

其实在此之前,我对这个问题也是一肚子的疑惑。这次讨论过程中也犯过不少错误,好在有人不断质疑才最终纠正了错误,明白了其中的道理。现在看来,确实太简单了。

愚石 发表于 2008-3-27 19:19

原帖由 511103023 于 2008-3-27 18:46 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
也想明白了一个问题:为什么没用到角动量定理和角动量守恒,因为这两个规律不适用陀螺, 我们看到在规则进动中角动量明显是不守恒的(方向在一圈圈变化,不守恒原因是有外力矩),角动量定理压根也不适用于作用物体是旋转的东西(角动量定理只适合作用于质点,而陀螺整体不是质点)
你说进动的陀螺角动量不守恒是对的,因为陀螺受到了力矩的作用,角动量显然是不守恒的。
你说“角动量定理压根也不适用于作用物体是旋转的东西”这是错误的。

511103023 发表于 2008-3-27 19:30

原帖由 愚石 于 2008-3-27 19:19 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif

你说进动的陀螺角动量不守恒是对的,因为陀螺受到了力矩的作用,角动量显然是不守恒的。
你说“角动量定理压根也不适用于作用物体是旋转的东西”这是错误的。 ...
如果角动量定理适用于自转的陀螺, 那重力就该把陀螺拧到地上,

比如陀螺不转,这时候陀螺可视为质点,角动量定理就适用,如果支点固定, 那么重力矩就把陀螺拧倒,这就是角动量定理的现象. 但现在拧不倒旋转的陀螺, 当然不遵守角动量定理了

愚石 发表于 2008-3-27 19:54

原帖由 511103023 于 2008-3-27 19:30 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif

如果角动量定理适用于自转的陀螺, 那重力就该把陀螺拧到地上,

比如陀螺不转,这时候陀螺可视为质点,角动量定理就适用,如果支点固定, 那么重力矩就把陀螺拧倒,这就是角动量定理的现象. 但现在拧不倒旋转的陀螺, 当然 ...

跟你说清楚这个问题,超出了我的能力。建议你仔细学习一下那个定理,再好好琢磨一下,会得到不同的结论。
你说你明白了我用力和力矩对陀螺的解释。实际上,动量矩定理正是包含了其中的全部道理,而且更一般化了。

雪鹰J 发表于 2008-3-27 20:11

回复 908# 的帖子

呵呵,5111,你明白了,他自己说不清楚了,去他的楼上看看吧,在宇宙咖啡屋

511103023 发表于 2008-3-27 20:12

原帖由 愚石 于 2008-3-27 19:54 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif


跟你说清楚这个问题,超出了我的能力。建议你仔细学习一下那个定理,再好好琢磨一下,会得到不同的结论。
你说你明白了我用力和力矩对陀螺的解释。实际上,动量矩定理正是包含了其中的全部道理,而且更一般化了。 ...
咱俩好象说两岔去了,你没明白我说的是什么意思

这么说吧, 如果陀螺不自转,然后把尖端固定在地上(能自由转,但不能来回滑) ,那么陀螺当然按照圆弧线倒下 ,侧着看是不是陀螺在画圈,(做圆周运动了吧),做圆周运动是不是就有了角动量. 这个角动量是谁给的, 当然是重力矩给的, 这时候就可以应用角动量定理来计算倒下的速度, 此时角动量定理适用, 适用的前提是重力矩作用在了质点上(不转的陀螺整体视为质点)

如果陀螺原来就自转的,那就不能视为质点. 那上面的角动量定理当然就不适用了, 我们看到的现象也说明了角动量定理的失效(按角动量定理,陀螺应该画圆弧线倒在地上而不进动)

是以支点为心来应用角动量定理,此时旋转的陀螺不适用角动量定理

511103023 发表于 2008-3-27 20:13

原帖由 雪鹰J 于 2008-3-27 20:11 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
呵呵,5111,你明白了,他自己说不清楚了,去他的楼上看看吧,在宇宙咖啡屋
呵呵,转移战场~~~~~~~~~~~

雪鹰J 发表于 2008-3-27 20:22

原帖由 kxjh 于 2008-3-27 14:11 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif1楼用的坐标系是相对于静系(惯性系)以进动角速度Ω转动的动系(非惯性系且其牵连运动为转动)。

错了!

如果是转动系,圆盘始终在固定位置自转,他自己相对转动系没有水平转动,所有质点垂直于盘面的速度分量均为0

因此,体现不出v(t)=Vsin(ωt)

所以,你给我的坐标系下的定义不对

请先确定这一步再谈后续问题

雪鹰J 发表于 2008-3-27 20:26

回复 915# 的帖子

一定是出于什么原因,被版主转移了,很高兴你明白了陀螺运动的道理,十几天没白费,恭喜你!

也许我也要准备搬家了

511103023 发表于 2008-3-27 20:32

再掺合一帖说说角动量定理

就是我以前说的千万不要张冠李戴,(如果在应用dL=Mdt时候,把L当成自转角动量,把M当成重力相对于支点的力矩, 这时候就是张冠李戴了),说的俗点就是它俩不配套,角动量定理不是这个样子的

雪鹰J 发表于 2008-3-27 20:32

原帖由 bearcat 于 2008-3-27 15:22 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
更高层次的意思是:不要从直观上理解,而要从逻辑上理解。
你别急着讨论公式或者陀螺,一步一步的来。跟着我的思路,别跳步。
从最基本的物理量定义开始,你的很多误解来源于此,所以先别碰公式什么的。

前面帖子里有两个家庭作 ...

真得感谢你啊,如此苦口婆心

我不跳,完全按你的思路步步为营

重力和支持力合起来构成一个力矩,这个力矩的方向是什么?

我明白,这个力矩的方向由右手定则确定,如下图,尽管两个力以上一下,但是力矩的方向水平指向纸内
那么,这个图上的刚体会怎样运动?
http://www.astronomy.com.cn/bbs/attachment.php?aid=123093&noupdate=yes

511103023 发表于 2008-3-27 20:33

原帖由 雪鹰J 于 2008-3-27 20:26 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
一定是出于什么原因,被版主转移了,很高兴你明白了陀螺运动的道理,十几天没白费,恭喜你!

也许我也要准备搬家了
呵呵,谢谢啊,准备集体搬到宇宙咖啡屋
只可惜没盖到1000楼
::070821_18.jpg::

愚石 发表于 2008-3-27 20:34

原帖由 雪鹰J 于 2008-3-27 20:11 发表 http://www.astronomy.com.cn/bbs/images/common/back.gif
呵呵,5111,你明白了,他自己说不清楚了,去他的楼上看看吧,在宇宙咖啡屋
我什么时候自己说不清楚了?
这是你的精神胜利法吧?
请你继续给我挑毛病。否则,不要自己就宣布自己胜利了。
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查看完整版本: 陀螺现象探源……质点的圆周运动+简谐运动