打印

[理论探讨] 与陀螺对话

本主题由 睦睦 于 2008-4-27 10:47 推荐主题

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]天涯(原夏梦) 于 2006-12-24 04:58 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]既然如此,剩下的就是理解问题——如何理解这种现象?
……
可是我们的困惑依然存在:这一切是怎么发生的,具体的过程、具体的机理是什么?
[/tr]
欢迎新朋友光临
这个困惑已经折腾我多年了,呵呵
目前我和廖老师还有托尼、老武等朋友正在试图破解它,如有兴趣请参与进来

TOP

回复: 与陀螺对话

我找到了一种只用牛顿定律来推导这种现象的方法,步骤比较简单,很容易理解。请大家看看:

如图为从正面看到的陀螺,自转方向为逆时针,陀螺的支点在纸里,由于受到重力矩的作用,陀螺将会产生一个向下的倒下运动,我们把它称之为章动,当然它是一种以支点为中心的旋转运动,另外陀螺还有产生水平方向的旋转运动,我们称之为进动。这样一来,陀螺就有了三种旋转运动,自转、章动和进动,都是纸内的支点为中心的。
假设刚开始的时候陀螺的转轴被我们约束在一条固定的线上,这时陀螺只有自转,没有章动和进动。现在开始解除约束,陀螺在重力矩的作用下开始向下章动,这时候,问题出现了——自转角动量的方向被改变了,这会产生什么后果?
我们可以看到,由于自转,陀螺的左半部分(ac连线的左侧)的质点都具有向下的分速度,右半部分都具有向上的分速度,陀螺产生了章动以后,由于章动是一种旋转运动,即以bd为轴(其实是以纸内的支点为轴,这里简化一下,并不影响分析的结果),a点向纸外,c点向纸内的转动,而这种转动是要改变陀螺各个质点的速度方向的,所有质点的水平分速度均不受影响,而竖直分速度则要受到影响,陀螺左半部分由于竖直分速度都向下的,因为向下章动的结果是使得这些竖直分速度多了一个指向纸里的分量,而在陀螺的右半部分,竖直分速度都是向上的,章动的结果是使得它们多了一个指向纸外的分量。
陀螺的这些质点的速度是不会凭空改变的,必然有力使它们产生了这一速度,这个力就是陀螺本身施加给它们的,也就是说陀螺对它的左半部分的质点施加了一个指向纸里的力,而对右半部分的质点施加了一个指向纸向的力。由于力的作用是相互的,这些质点对陀螺的反作用力,左半部分是向纸外的,右半部分是向纸里的,这样总的效果就是对陀螺施加了一个力矩,这个力矩就是陀螺产生进动的原因。
定量的计算表明,这个力矩的大小正比于章动的角速度。
以上一段说明了进动产生的原因,下面再解释一下陀螺为什么不倒:
当这个力矩产生以后,陀螺就产生了一个进动角加速度,从而产生了进动角速度,当产生了进动角速度以后,同样的问题就产生了:这会改变陀螺的自转方向,这将产生什么后果?
我们再考虑一下陀螺由于自转而引起的各质点的速度:对于陀螺上半部分的质点,水平分速度都是向左的,而下半部分,水平分速度都是向右的。由于陀螺的向右进动(一种旋转运动),竖直分速度没有影响,而水平分速度,上半部分的质点将增加一个指向纸外的分量,而下半部分,将增加一个指向纸里的分量,这些分量的产生当然需要力,而这个力只能由陀螺本身施加,这些质点同样对陀螺有一个反作用力——对上半部分的反作用力是向纸里的,而下半部分的反作用力是向纸外的,这将产生一个力矩,正这个力矩抵消了重力矩!所以陀螺才能不倒。
可以证明,这个力矩正比于进动角速度。
我们研究下去,看看会出现什么情况,刚开始的时候,由于陀螺产生了向下的章动角速度,所以产生了一个力矩使陀螺产生进动加速度,而随着进动角速度的不断增大,由于进动而产生的力矩不断增大,这个力矩是抵消重力矩的,当这个力矩增大到等于重力矩时,章动角速度不再增大,但由于角速度已经具有了一定的数值,所以陀螺会继续下向章动,于是进动角速度也会继续增大,而由于进动产生的力矩已经大于重力矩,此时章动角速度会不断减小,当减小到零时,进动角速度达到最大值,此后陀螺开始向上章动,于是循环反复,这就形成了周期性的章动~~~
如果当由于进动而产生的力矩正好抵消重力矩,而此时章动角速度又恰好为零时,那么进动角速度将不再改变,保持那个恒定值,章动角速度也不再改变,将一直为零,于是就形成了没有章动的匀速进动,当然陀螺也不会倒下。

TOP

回复: 与陀螺对话

yulongjiang网友的那番论证,其实还是从角动量的合成法则来说明的,跟原贴的方法没有区别,所以并不能使人理解这一问题。而且他说的:
“如果企图不使用动量矩(角动量)的概念,直接使用牛顿定律去解释陀螺的行为,就等于重新推导一遍有关的转动量的定理,最终还是要走这条路子。如果试图另开辟一条途径来解释陀螺现象,很麻烦很费劲,即使得到了另一种新方法,如果不比现有的方法更有优势也没有价值。”
这段话看来是武断了,只用牛顿定律是可以解释陀螺的这种现象的,而且并不难懂。

TOP

回复: 与陀螺对话

谢谢参与
尽管我思考陀螺问题多年,但是消化您的推论还需要一定时间
再有您是否看过了我的推论?也就是廖老师以更简洁的过程给出定性分析?
这个分析除了基本转动定律外,没有用经典刚体转动理论,同样得出了初步的定量结果Ω=L/Jω
有时间可以看看,提提意见

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]雪映刀锋寒 于 2006-12-24 19:19 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]哈哈哈,好、好、太好了!您的分析过程更简洁
我们只用了两个事实
1、v(t)=RΩsin(ωt)
2、L=Iα
就建立了自转圆盘受外力作用时,进动角速度与外力矩的关系
这个a(t)=
-
2RωΩcos(ωt)实际上就是“哥氏加速度”,以前公认“哥氏加速度”是
膺矢量或伪矢量
,现在应该说针对上述圆盘,可以认为他是
真矢量
,它实际上就来源于L=Iα
正是这个真矢量,导致圆盘各质点出现规则的v(t)=RΩsin(ωt)运动,因此圆盘整体表现出水平方向翻转
所以陀螺不倒(无3-9轴转动),所以陀螺进动(必有12-6轴翻转)
廖老师是否认可这个定性结论?
另外,根据您多年的教学经验,您认为中学生能够理解您的分析吗?[/tr]
廖老师,您亲手推出的上述结果,为什么不对这个分析过程给予评论?

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]雪映刀锋寒 于 2006-12-25 16:24 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]谢谢参与
尽管我思考陀螺问题多年,但是消化您的推论还需要一定时间
再有您是否看过了我的推论?也就是廖老师以更简洁的过程给出定性分析?
这个分析除了基本转动定律外,没有用经典刚体转动理论,同样得出了初步的定量结果Ω=L/Jω
有时间可以看看,提提意见[/tr]
你们的推导方法我正在看。我的方法你看一看,应该是最简单的方法,很容易懂的。

TOP

回复: 与陀螺对话

你们的方法我看了一下,由于没有整理好,看得我头昏脑涨,能不能整理一下?

TOP

回复: 与陀螺对话

初步认定你的方法和我的方法是一回事,只不过我的方法要容易理解得多。待我回去以后再仔细思考一下。

TOP

回复: 与陀螺对话

期待……
很抱歉让你看得这么费劲,由于我与廖老师是在讨论,因此没有统一整理,所以显得凌乱
廖老师呢?
自己亲手完成的分析过程,还在思考吗?
如果以上分析过程确认无误,后面还有重要内容
我们可以精确量化在重力矩一定时,陀螺维持规则进动所需的最小自转角速度,进而修订经典理论中,使Ω=L/Jω成立的先决条件
Ω
这个条件我怎么也不能理解,还不知道陀螺是否会规则进动,怎么就用规则进动后的Ω与ω来比较?
再说,远大于是什么概念?多少算是远大于?

TOP

回复: 与陀螺对话

这是我在新华网问别人的问题,发过来,看看这里有么有人能够回答
作者:smallmonk 于 2006-12-25 21:57:43.0 发表
……
2.陀螺有像右旋转的趋势,角动量矢量变化量的方向向右……

300年来,人们普遍认为角动量定理已经彻底解决了陀螺问题,因此基本上没有人再去思考他了
但是,一个很明显的问题,角动量定理不知道自己的变化方向为什么与重力垂直,这是其一
其二,即使退一步,我们不追究这个问题,角动量定理仍然不能圆满解释陀螺。众所周知,当自转速度减小到某个临界值,规则进动将不能维持,也就是陀螺不再水平进动,而是逐渐倾倒,那么显然dL的方向又不水平了,这是为什么?
谁能解答这个弱的多的问题?
你们这么多人崇拜“角动量定理”,有谁能说清楚这个问题吗?

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]雪映刀锋寒 于 2006-12-23 08:17 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]
[td][tr]TonyDeng 于 2006-12-22 11:09 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]
[td][tr]雪映刀锋寒 于 2006-12-22 23:55 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]

两个条件:
1、此力水平,
并与圆盘共面
(你已经确认)
2、理想状态,不计支架质量及桌面摩擦
这相当于圆盘质心受到水平力的作用,没有其他力参与,只能作直线运动,哪里来的偏转?[/tr]
实验(你的动画)中的那个力不是水平的,圆盘会上下摆动。你可以将实验中的那个横杆尽量做水平了看看结果如何、向下倾斜点又如何。
你发觉那个在光滑面上回旋的陀螺有翻转的“欲望”吗?
我分析的是一瞬间它会向这个方向偏移,但下一瞬间,偏移力的方向已经原前一方向不同了,这样机构就不是做直线运动,而是做曲线运动。
你将偏转之后的所有图像每一瞬间拆出来看。
[/tr]
1、这个“力”不论是否水平,不论是否上下摆动,他与圆盘“
共面
”是没有问题的。在理想状态下,圆盘、转轴、支架系统除此之外再没有其他水平力参与,因此,该系统将沿这个力作水平直线运动也是唯一的结果。
所以最初的偏转都不可实现,哪里来的持续偏转?
2、实验表明,无论是在光滑面上还是在固定支点,甚至在我们手中,陀螺正是表现出不折不扣的
自己翻转的“欲望”
,如果我的条件再好些,能够忽略支架的质量以及桌面的摩擦力,陀螺必然会以自己的质心为圆心做水平圆周运动。
我不骗你啊,这是真的。不信你可以亲自动手实验,还用雨伞,你会发现当伞柄的指向被改变时,
感觉传到手上的是“扭矩”,而不是单一方向的“力”
[/tr]
我所说的力的力矩是混用的,都是加速度的原因。第1点看前面蓝字。

TOP

回复: 与陀螺对话



陀螺点头的原因是进动轴绕章动轴转动的结果。

TOP

回复: 与陀螺对话

前几天以为已经把这个问题弄清楚了,可是按照我的方法计算了一下加速度,与你们算的不相同,仔细一检验,发现你们的是对的。找到了问题的原因以后,这才发现这里面还有很多奥秘。于是又深入地思考了这一问题,到现在虽然还没有完全融会贯通,不过觉得已经可以基本上理解进动现象了。
还是从你们的方法说起吧!你们把陀螺内某一质点的速度分解为法向速度(垂直于陀螺的速度)和切向速度(与陀螺平面相切的速度),得到法向速度为v(t)=RΩsin(ωt),然后计算法向加速度,可是对法向加速度求导,结果应该是RΩωcos(ωt),可是真实的加速度却应该是2RΩωcos(ωt),这是怎么一回事?原来切向速度也要提供一部分法向加速度,数值同样是RΩωcos(ωt),两者方向相同,于是加起来就是2RΩωcos(ωt)了。
所以明确一下,质点的法向加速度由两部分构成,一是法向速度的大小变化引起的,二是由于切向速度的方向变化引起的,这两部分的和为2RΩωcos(ωt)。我前面写的方法只考虑了切向速度的方向变化引起的加速度,所以结果就小了一半(这使我觉得物理真是又有趣又可怕)。而雪映刀锋寒网友如果对为什么法向加速度不等于法向速度的导数有疑惑的话,上面一段话可以作为解释。
再来讨论一下这个法向加速度,如果陀螺在自转的同时向右进动(角速度方向向上),那么这个法向加速度,在陀螺的上半部分指向纸外,而下半部分指向纸内。雪映刀锋寒网友认为这个加速度(角加速度)恰恰就是由重力的力矩(或者其他使陀螺进动的外力矩)引起的。于是把这一系列推导过程反过来说:由于重力矩的作用,引起了与重力矩方向一致的角加速度,而这个角加速度必然引起进动速度,因为只有向右以一定的速度进动才能产生这一角加速度。
我觉得这种说法不正确,用这种方法来解释,会得出这样的结论,就是一旦存在重力矩,立即就产生了进动速度,且进动速度严格地与重力矩成正比。这一结论显然是不正确的,因为当对陀螺施加一个外力矩以后,并不是立即产生进动,而是有一个过程。
正确的解释应当我前面的贴子所述,虽然在那个贴子里把法向加速度少算了一半,但是对进动的原因以及陀螺不倒的机理的解释还是正确的。还可以进一步推出章动的原因。
在这里我把我的解释重新整理一下:
如果陀螺在自转的同时向右进动,那么陀螺的上半部分的垂直于陀螺的加速度是向纸外的,而下半部分的加速度是向纸里的,而这个加速度只能用陀螺本身施加在质点上的力产生,于是根据力的作用的相互性,这些质点要给陀螺一个反作用力,上半部分对陀螺的力是向纸里的,下半部分是向外的,这样就产生的一个力矩,而这个力矩如果正好等于重力矩,那么陀螺就可以维持不倒。
如果这个力矩不等于重力矩,那么就会产生章动,具体的机制比较复杂,不再详述。

TOP

回复: 与陀螺对话

以上解释了陀螺进动了以后为什么可以维持不倒,下面再简单地讲一讲陀螺为什么受到重力矩以后会产生进动(其实这个应该在前面讲的)。
假如陀螺在某个时刻只有逆时针的自转,自转轴沿着水平方向且垂直于纸面,现忽然对陀螺施加一个外力矩,企图使陀螺翻转(纸外向下,纸里向上),将会发生什么情况呢?
当然这个外力矩肯定会使陀螺产生一个向下翻转的角加速度的,并随着时间的累积产生一个角速度,产生这一角速度以后,原因和前面的贴一样,只需要旋转90度就可以了,这时陀螺右半部分的法向加速度是向纸外的,左半部分的法向加速度是向纸里的,所以陀螺对它们施加的力,右半部分是向纸外的,左半部分是向纸里的,由于力的作用是相互的,它们对陀螺施加的反作用力,右半部分是向纸里的,左半部分是向纸外的,这样产生的一个力矩(扭矩),使陀螺产生一个向右进动的角加速度。
也就是说,当陀螺向下翻倒且已经具有一定的速度时,才会产生一个向右进动的角加速度,所以外力矩并不和进动速度成正比(同步),而是向下翻倒的角速度与向右进动的加速度正成比(同步)。
那么陀螺会不会一直倒下去呢?不会,当陀螺产生向右的进动以后,根据前面贴子的分析,会产生一个阻止陀螺翻倒的力矩,当这个力矩大到等于使陀螺翻倒的外力矩,陀螺的翻倒运动就会减速(并不马上停止)。
继续分析下去,就容易得出陀螺翻倒的角速度方向会产生周期性的改变,也就是一会儿翻倒,一会儿就站起,这其实就是章动。

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]雪映刀锋寒 于 2006-12-26 09:34 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]这是我在新华网问别人的问题,发过来,看看这里有么有人能够回答
作者:smallmonk 于 2006-12-25 21:57:43.0 发表
……
2.陀螺有像右旋转的趋势,角动量矢量变化量的方向向右……

300年来,人们普遍认为角动量定理已经彻底解决了陀螺问题,因此基本上没有人再去思考他了
但是,一个很明显的问题,角动量定理不知道自己的变化方向为什么与重力垂直,这是其一
其二,即使退一步,我们不追究这个问题,角动量定理仍然不能圆满解释陀螺。众所周知,当自转速度减小到某个临界值,规则进动将不能维持,也就是陀螺不再水平进动,而是逐渐倾倒,那么显然dL的方向又不水平了,这是为什么?
谁能解答这个弱的多的问题?
你们这么多人崇拜“角动量定理”,有谁能说清楚这个问题吗?[/tr]
用我所说的进动机制很容易解释这些现象,当陀螺的自转角速度很小时,即使是快速进动,产生的力矩也不足以抵消外力矩,也就是说不足以维持陀螺不倒,于是陀螺就倒下了,当然在倒下的过程中由于章动,过程会很复杂。

TOP

回复: 与陀螺对话

好好,大家集思广益,不信不能破解它
老武的图我还没看太明白
托尼的说法显然还有待商榷,问题是陀螺自身产生的运动趋势如果始终与自转轴垂直,那么引起陀螺质心平动是不可避免的
廖老师始终不肯就自己亲手完成的分析过程发表意见……%¥,逆过程同样存在,只是要有限制条件,即:由v(t)=RΩsin(ωt)可以推出a(t)=RΩωcos(ωt),但是由力矩L引起的a(t)=LRcos(ωt)/I却不能直接推出标准正弦变化的速率,这与受迫单摆的简谐运动规律有关,因此必须求解非线性微分方程,这样就可以建立质点能够达成简谐运动时L与ω的关系。
这是更进一步的分析内容,因为我一直在等廖老师表态,所以没有继续深入,使得夏梦网友误认为我的分析将出现任何外力矩都将导致陀螺规则进动
这里要特别感谢夏梦网友,显然深入地在深入地思考了陀螺问题,呵呵,竟然看出了“物理既有趣迷人,又阴险可怕”,呵呵
对你的论述我正在拜读,不过至少有一点我要坚持自己的意见,那就是抵抗陀螺倾倒趋势的“力矩”,决不是来自进动。

TOP

回复: 与陀螺对话

你把图画出来就明白了。换个角度想吧:一根轻细杆,两端各栓一质量小球,用手握住细杆非质心处令系统旋转,然后放在光滑水平面上,你会发现什么现象?

TOP

回复: 与陀螺对话

再次拜读了天涯网友的大作,感觉您是在说:“外力矩引起章动(点头),而章动进一步引起进动。”不知我的感觉是否正确?

TOP

回复: 与陀螺对话


老武 于 2006-12-28 08:08 在大作中提到:
再次拜读了天涯网友的大作,感觉您是在说:“外力矩引起章动(点头),而章动进一步引起进动。”不知我的感觉是否正确?

是的,我不知道叫它章动是否科学,真正的章动是周期性的往复运动,我说的“章动”,其实就是“倒下”,由于和章动的转动方向一致,我就叫它章动了。
我的主要的意思是:由于外力矩,陀螺开始倒下(章动),在倒下的的过程中,由于陀螺右半部分的加速度是向外的,左半部分的加速度是向里的,所以它对陀螺的作用力就产生了一个力矩,这个力矩使陀螺向右转动,这就是进动。
进动产生以后,由于同样的道理,会使陀螺上半部分的加速度是向外的,下半部分的加速度是向里的,这样它会对陀螺施加一个力矩,正是这个力矩阻止了陀螺的倒下。
用这种方法还很容易说明章动轴绕进动轴转动的现象:
当使陀螺的外力矩产生以后,立即使陀螺产生了一个倒下的角加速度,时间累积形成倒下的角速度,而产生了倒下的角速度以后,根据我们上面的分析,将形成一个使陀螺向右进动的力矩,并进一步产生进动加速度。
这就是说:进动加速度正比于倒下(章动)的角速度,而并不是正比于外力矩。
随着进动角速度的逐渐增大,它所产生的阻止陀螺倒下的力矩也逐渐增大,当增大到等于外力矩时,陀螺倒下(章动)的角速度便不再增大了,接下去便要减小了,直至减小到零,然后就是反向章动(站起)。
也就是说陀螺一边在进动,一边在点头,这就是章动,而且还可以发现,当陀螺倒下到最低点时,进动角速度最大,当陀螺站起到最高点时,进动角速度最小。这跟章动轴绕进动轴转动产生的角速度变化情况相同。

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]雪映刀锋寒 于 2006-12-27 21:24 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]好好,大家集思广益,不信不能破解它
老武的图我还没看太明白
托尼的说法显然还有待商榷,问题是陀螺自身产生的运动趋势如果始终与自转轴垂直,那么引起陀螺质心平动是不可避免的
廖老师始终不肯就自己亲手完成的分析过程发表意见……%¥,逆过程同样存在,只是要有限制条件,即:由v(t)=RΩsin(ωt)可以推出a(t)=RΩωcos(ωt),但是由力矩L引起的a(t)=LRcos(ωt)/I却不能直接推出标准正弦变化的速率,这与受迫单摆的简谐运动规律有关,因此必须求解非线性微分方程,这样就可以建立质点能够达成简谐运动时L与ω的关系。
这是更进一步的分析内容,因为我一直在等廖老师表态,所以没有继续深入,使得夏梦网友误认为我的分析将出现任何外力矩都将导致陀螺规则进动
这里要特别感谢夏梦网友,显然深入地在深入地思考了陀螺问题,呵呵,竟然看出了“物理既有趣迷人,又阴险可怕”,呵呵
对你的论述我正在拜读,不过至少有一点我要坚持自己的意见,那就是抵抗陀螺倾倒趋势的“力矩”,决不是来自进动。[/tr]
看来我们的分岐有二:一是我认为阻止陀螺倒下的力矩来自于进动,而你认为不是。二是我认为外力矩还是使陀螺“倒下”了,只不过在倒下的过程中产生了进动,而进动又产生了一个力矩阻止了“倒下”,也就是说这需要一个过程,而且有可能来回振荡产生所谓“章动”,而你认为一旦外力矩存在,进动马上就产生了,外力矩不能使陀螺有一点“倒下”的行为。

TOP

回复: 与陀螺对话

需要纠正
第一点分歧存在
第二点是你对我的分析产生了误解
章动过程必然存在,这是系统在进入规则振动前必然的过渡过程。我本来想等了老师认可他的推理过程的逆过程存在,再向下进行。因为目前看来只有他一人真正理解了推理的正过程,所以我想等他。但是不知何故,了老师迟迟不肯表态,看样子我只有独自走下去,然而那样又没有多大意义……
另外,陀螺自获得外力局的那一刻,的确是进动同时开始,并伴有渐弱的章动。这在教科书上叫做“角动量矢端速度立即获得”
当外力矩突然消失时,比如吊着陀螺的线突然断开,陀螺的进动也将同时停止,这也有个说法,叫做“角动量矢端速度立即丧失”。这也是我屡试不爽的实验现象。
目前,我还不能解释原有整体水平转动的动能的去向,以及从进动到静止为什么不需要时间过程,也就是刹车的时间为0,角加速度为无穷大。
对此,我还没有找到合理的解释

TOP

回复: 与陀螺对话

看见一本正经地在用数学运算进行解释就好笑。在楼主写了这样一篇文章之后还用这样的思路,啧啧~实际上顶头那一大篇说的是什么意思,看懂了么,楼主自己在后来也解释的很清楚,还一个劲往这上面钻。
用数学解释物理问题,首先有一个前提条件,就是某个物理量或物理概念为什么适用某个数学法则。这里为什么适用或不适用,正是先决的,不首先搞清楚这一点就死套数学去解释,那就像小孩子问“天上为什么会下雨”,大人答“因为天是会下雨的”,一样的性质。举个例子,数学上有加法交换律,在数学狂们看来这是天经地义的,他们会气势汹汹地告诉你加法交换律就是对的,两个物理量相加可以交换顺序是因为它们可以用数学上的加法交换律来解释。但事实是怎样的呢?很多现象固然确实有加法交换律,比如甲先给你10元钱,乙再给你10元钱,加起来得到20元钱,反过来乙先给甲后给,结果是一样的,这样的现象就满足加法交换律;但不是什么现象都是这样的,比如硫酸和水相加,就不满足加法交换律,先加什么后加什么的结果差得远了。这表明,是我们首先
确实知道
什么东西是满足什么法则的,才这样告诉别人,而一旦别人要穷根究底追问为什么满足这种法则的时候,你再用这种法则去解释就等于没有解答。这个时候,做再多的数学运算都是白搭!
用角动量来解释陀螺问题,最根本的一问就是角动量凭什么能用矢量来描述、并且它的方向要是这样规定出来?你不先解释清楚这个为什么,就去做数学运算,白做!比如:角位移不是矢量,凭什么角速度要是矢量?而且角速度的矢量方向又不在转动平面上,这不是你人为的么?你要说换个方向比如用左手定则也行,不错,是行(比如电磁感应中的左手定则实质是矢量叉乘的右手螺旋法则),但你换了方向之后提出的数学运算法则必须凑合事实才成(相当于当用左手时怎么解读方向),这样,是你的数学去凑事实,不是用数学去解释事实,次序颠倒是不能解释问题的。

TOP

回复: 与陀螺对话

[tr]
[td]TonyDeng 于 2006-12-28 23:00 在大作中提到:[/td]
[/tr][tr]看见一本正经地在用数学运算进行解释就好笑。在楼主写了这样一篇文章之后还用这样的思路,啧啧~实际上顶头那一大篇说的是什么意思,看懂了么,楼主自己在后来也解释的很清楚,还一个劲往这上面钻。
用数学解释物理问题,首先有一个前提条件,就是某个物理量或物理概念为什么适用某个数学法则。这里为什么适用或不适用,正是先决的,不首先搞清楚这一点就死套数学去解释,那就像小孩子问“天上为什么会下雨”,大人答“因为天是会下雨的”,一样的性质。举个例子,数学上有加法交换律,在数学狂们看来这是天经地义的,他们会气势汹汹地告诉你加法交换律就是对的,两个物理量相加可以交换顺序是因为它们可以用数学上的加法交换律来解释。但事实是怎样的呢?很多现象固然确实有加法交换律,比如甲先给你10元钱,乙再给你10元钱,加起来得到20元钱,反过来乙先给甲后给,结果是一样的,这样的现象就满足加法交换律;但不是什么现象都是这样的,比如硫酸和水相加,就不满足加法交换律,先加什么后加什么的结果差得远了。这表明,是我们首先
确实知道
什么东西是满足什么法则的,才这样告诉别人,而一旦别人要穷根究底追问为什么满足这种法则的时候,你再用这种法则去解释就等于没有解答。这个时候,做再多的数学运算都是白搭!
用角动量来解释陀螺问题,最根本的一问就是角动量凭什么能用矢量来描述、并且它的方向要是这样规定出来?你不先解释清楚这个为什么,就去做数学运算,白做!比如:
角位移不是矢量,凭什么角速度要是矢量?
而且角速度的矢量方向又不在转动平面上,这不是你人为的么?你要说换个方向比如用左手定则也行,不错,是行(比如电磁感应中的左手定则实质是矢量叉乘的右手螺旋法则),但你换了方向之后提出的数学运算法则必须凑合事实才成(相当于当用左手时怎么解读方向),这样,是你的数学去凑事实,不是用数学去解释事实,次序颠倒是不能解释问题的。[/tr]
"角位移不是矢量,凭什么角速度要是矢量?"
有限角位移不是矢量,但无限小角位移是能够运用矢量运算法则进行运算的,所以,无限小角位移是矢量。因而角速度是矢量。

TOP

回复: 与陀螺对话

托尼网友论述深刻!
我希望表达的就是这层意思,但是这个思想几乎遭到了全面否定,说我什么的都有,破口大骂的大有人在,我不知道为什么有些人一听有人说洋人的理论并不完美,比他家的祖坟被挖还要气急败坏……
令人欣慰的是这里的人都能理性对待这个话题,至少没有人为我在胡闹,并且几位参与讨论的朋友都在想方设法地向更深一层探索。
我也经常问自己,这样追根究底有意义吗?我是抱定了明白事理的目的,才如此执著

TOP

回复: 与陀螺对话

我认为外力矩产生以后,进动并不能立即产生。简单证明如下:
一只不受任何外力矩的陀螺,只有自转,转动轴垂直于纸面,转动方向为逆时针,这样角速度方向指向纸外,这应该没有疑问。
现在突然给它施加一个外力矩,使陀螺倒下,即这个外力矩方向是向右的。按照你的说法,向右的进动立即就产生了。可是如果立即产生向右的进动,同时就会产生一个向上的角速度,结果产生一个向上的角动量。可是我们知道,角动量是不能突变的,角动量的变化率正该正比于外力矩。
可见外力矩产生后,不可能立即产生进动。

TOP