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[理论探讨] 陀螺之谜

本主题由 灵·感 于 2008-2-19 17:16 合并
你再贴8回也无济于事

面对某类现象,我们希望知道终极解释

面对早晨喷薄而出的太阳,我们知道那是因为地球正在自转,所以看起来太阳冉冉升起
这就是终极解释!其他理由都是瞎扯!真正的“理由”只能有一个!
如果不是地球旋转,只能是太阳自己真的升起来,现在我们知道,那是不可能的,太阳决不会为了地球人而运动

面对进动的陀螺,因为什么,他这样运动?
是因为“dL方向水平”还是因为“惯性”?

你自己说以上哪个是终极解释?
一个正确另一个必是瞎扯
请你自己选择

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紫藤萝兰为什么不选择?

天为什么旋转?因为地球旋转
如果地球不转,天就必须转,非此即彼,不可调和,因此没有与“地球旋转”等价的理由,没有任何理由能够替代“地球旋转”,所以除此之外的所有理由都是胡扯,都是垃圾

对任何现象,如果存在若干“合理”的理由,那说明对这种现象的认识还处在原始的初级阶段,就像古人对天象一样,有许多历法、模型共存,就像汉代的浑天仪和托勒密的本轮系统一样,性质相同,都不错,只是精度有别
但是,没有一个可以透彻地解答“天为什么转”,因此,都是原始的、初级的感性认识,只有意识到一个根本的“原因”,即“地球旋转”,人类对客观的认识才进入一个崭新的高级的、理性的阶段

对陀螺运动也是一样,如果有许多理论可以并存,而且都正确,那就说明还没有找到“根本原因”,因为“根本原因”是唯一的、不可替代的



现在对陀螺运动的“原因”至少有两种
1、dL方向水平,再加上他当时的运动状态
2、在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动

这两个“原因”不可能都正确,至少有一个不是陀螺运动的原因,请你指出来是哪个

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继续等紫藤萝兰

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紫藤萝兰何在?

此帖取名《陀螺之谜》是什么意思?

现摆着集300年人类智慧之大成、汇聚着牛顿欧拉拉格朗日等一系列震耳欲聋的大师们刺眼的光芒、已经屹立数百年的“经典力学”,难道你认为还有什么“谜”?

真是大不敬啊,居然敢说经典力学主攻对象刚体转动还有什么“谜”,你不怕他们一怒之下开除了你?

尽管你不选,紧闭双唇、紧咬牙关,浑身冷汗,也逃不脱“叛逆”的罪名

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紫藤萝兰还在潜水?
还有敲玉余韵,我很赞赏你的一句话“学习物理,对就是对,错就是错”,怎么我征询你的意见,你就不置可否呢?

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帮紫藤萝兰提着帖子

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帮您顶,也许他有事情。暂时不能上网。

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谢谢诸位的期待

不是不回帖,而是该说的在前面都已经都说了。
我以为陀螺之谜已经解开。
而反对我的观点的人也没有提出具体的反对意见,没有指出我的意见错在何处。

当一个电子滑过平行金属板间的匀强电场时,会留下(这里不考虑量子效应)一条运动轨迹。解释或预言它为什么会有这样的轨迹,要考虑它的受力,它的质量(惯性),它的初状态。这些因素共同决定了它的运动轨迹

这是运用牛顿力学解决问题的基本观点和方法。也是我对雪鹰问题的回应

雪鹰的问题:
现在对陀螺运动的“原因”至少有两种
1、dL方向水平,再加上他当时的运动状态
2、在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动

这两个“原因”不可能都正确,至少有一个不是陀螺运动的原因,请你指出来是哪个

雪鹰的第一个原因涉及到了陀螺有受力(力矩)和初状态,第二个原因说到了陀螺的惯性,它们都是陀螺如此运动的原因,我怎能指出它们孰是孰非呢?!

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一只转动的欧拉陀螺(支点在它的转轴上),在不受任何外力的情况下,因自己的惯性,将保持它的角动量不变而转动下去,此即陀螺的定轴性。

在这只陀螺的转轴上横按一下,使它的角状态发生角变化,然后撤去外力矩。此后的陀螺,仍处于不受任何外力的情况下,它将做惯性运动——“自由规则进动”,即我所说的陀螺摇头。

如果此时再突然加上重力矩,陀螺将做十分复杂的运动。特殊情况下,也会处于规则进动的状况中,此时的规则进动称为“强迫规则进动”。

从总的来说,解释或预言陀螺的运动,都必须从陀螺的受力(力矩),它的惯性(转动惯量),它的初始运动状态,这三方面的因素来考虑。这是不容置疑的,毫无疑问的。

如果只是要解决我们直觉认识中的一些谬误,如拉格郎日陀螺(定点陀螺)在重力矩的作用下为什么不倒下去,而发生进动呢?

这种认识谬误的根本原因与亚历士多德时代的人们是一样的,认识不到或忽略了惯性的作用

我们只要回答“在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”就可以了。

在我看来,因直觉谬误而引起的“陀螺之谜”是已经解决的了。

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回复 38楼 的帖子

你终于肯浮出来冒个泡
不要含糊其辞,为什么说话总是要别人猜啊

你的意思是说,牛顿、欧拉、拉格朗日等“认识不到或忽略了惯性的作用”?

有什么话就明说吧,何必吞吞吐吐

你认为:
“2、在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”是陀螺进动的原因
“1、dL(M)方向水平,再加上他当时的运动状态”不是陀螺进动的原因

请确认,用“是”或“否”

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"在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动"
这句话的意思是什么。我怎么觉得不像是物理而像是玄学。
陀螺加速倒下的过程是否符合以上条件?

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在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动
这句话就和地球自转日出东方一样。
既是真理又是废话。
这是牛顿力学的范式。
根据牛二:在抛体速度发生变化(重力影响),抛体的惯性(初动量)就表现出抛物线运动。

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回复 40楼 的帖子

也许紫藤自有他的道理,“在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”,只是还没交待细节

但是显然,紫藤认为自己的解释比“dL(M)方向水平,再加上他当时的运动状态”更透彻、更基本。然而他也没有胆量说出来,想当叛徒又想当乖孩子,矛盾得很哪

不过从这一点“它的惯性(转动惯量)”可知,紫藤一再吆喝的“惯性”,就是“转动惯量”,而“转动惯量”就像“质量”一样,是刚体所固有的。
我也不知道“转动惯量”怎么就“表现出进动”,倒是大菜理解能力超强,立刻就像被闪电击中一样领悟到“地球自转日出东方”,这时他又把“dL(M)方向水平,再加上他当时的运动状态”抛到九霄云外去了

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我再把帖子重贴一次

现象一
一只转动的欧拉陀螺(支点在它的质心上),在不受任何外力的情况下,因自己的惯性,将保持它的角动量不变而转动下去,此即陀螺的定轴性。

现象二
在这只陀螺的转轴上横按一下,使它的角状态发生角变化,然后撤去外力矩。此后的陀螺,仍处于不受任何外力的情况下,它将做惯性运动——“自由规则进动”,即我所说的陀螺摇头。

现象三
拉格朗日陀螺(定点陀螺)也存在没有外力矩情况下的惯性运动的摇头现象
如果此时再突然加上重力矩,陀螺将做十分复杂的运动。特殊情况下,也会处于规则进动的状况中,此时的规则进动称为“强迫规则进动”。

从总的来说,解释或预言陀螺的运动,都必须从陀螺的受力(力矩),它的惯性(转动惯量),它的初始运动状态,这三方面的因素来考虑。这是不容置疑的,毫无疑问的。

陀螺在重力作用下为什么不倒问题中的直觉谬误
如果只是要解决我们直觉认识中的一些谬误,如拉格郎日陀螺(定点陀螺)在重力矩的作用下为什么不倒下去,而发生进动呢?

这种认识谬误的根本原因与亚历士多德时代的人们是一样的,认识不到或忽略了惯性的作用

我们只要回答“在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”就可以了。

在我看来,因直觉谬误而引起的“陀螺之谜”是已经解决的了。


大菜师傅的
在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动
这句话就和地球自转日出东方一样。
既是真理又是废话。
这是牛顿力学的范式。”

说得何等好!当然人们不会认为牛顿范式是废话


“在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”

就是依据牛顿范式(一直延伸到刚体力学)对上面陀螺的三个典型现象作出的解释。

如果对我的观点有怀疑,那么

第一,请确认上述陀螺的三个基本现象存在不存在
第二,请对三个基本现象作出解释,特别是其中的第二种现象

我认为能对三个基本现象作出解释,就解开了陀螺之谜。

[ 本帖最后由 紫藤萝兰 于 2008-7-9 18:09 编辑 ]

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我的问题是,如果不是陀螺而是一般的有固定轴的刚体,他在加速倒下时,算不算这种变化。

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廖老说的情况不属于这种情况

我指的是,
刚体处于角运动的状态中,即刚体的角动量不为零,
且此角动量发生着角变化,即角动量的方向发生变化(而不是大小发生变化)
此时,刚体的惯性表现为进动,即刚体不向直觉感觉的方向转动,而产生与那个方向垂直的方向进动

在廖老说的情况下,刚体的角状态没有发生角变化,因此那个刚体的运动显现不出进动

我说的情况,最典型的就是基本现象二

如果廖老的刚体是自转着的,那就属于我说的情况了。我敢肯定,那个落下的刚体必然因惯性显现出水平转动的趋势,显现出扭转那固定转轴的趋势。而这种趋势廖老在《与陀螺的对话》中已亲身体验过了

改正一点错误

上面所说的角运动或角动量是刚体的自转角动量,而非刚体的总角动量


[ 本帖最后由 紫藤萝兰 于 2008-7-9 19:09 编辑 ]

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雪鹰竟然在讨论细节?
日出东方的时候你怎么不管细节了?
我认为紫罗兰的说法和角动量定理并不矛盾
至于惯性就是质量或转动惯量,貌似是违反牛顿的。
惯性是物体维持匀速直线运动或静止的特性。就是牛1。就是动量守恒。
转动问题相当于角动量守恒。

[ 本帖最后由 法兰西大菜师傅 于 2008-7-9 20:54 编辑 ]

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回复 46楼 的帖子

紫藤萝兰:必须从陀螺的受力(力矩),它的惯性(转动惯量),它的初始运状态,这三方面的因素来考虑

大菜:惯性就是质量或转动惯量,貌似是违反牛顿的

雪鹰:难得你该干的事不干,却到处掺乎,又开始指责紫藤萝兰了
还有,“细节”不是你能理解的

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回复 43楼 的帖子

紫藤萝兰,你的意思是说,牛顿、欧拉、拉格朗日等“认识不到或忽略了惯性的作用”?

有什么话就明说吧,何必吞吞吐吐,请回答

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“在角状态发生角变化时,刚体的惯性就表现出进动”

就是依据牛顿范式(一直延伸到刚体力学)对上面陀螺的三个典型现象作出的解释。



在现在讨论的问题中,并没有理论创新,我们只不过像在上课一样,在课堂上理解牛顿、拉格朗日、欧拉等大师的思想而已

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紫罗兰的话就是牛顿的范式,怎么会是牛顿忽视了惯性?
而是认为陀螺是迷的人忽视了惯性。
至于我指责紫罗兰也没什么新鲜的。
我是为真理,而不是党同伐异。

[ 本帖最后由 法兰西大菜师傅 于 2008-7-10 08:15 编辑 ]

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紫藤萝兰:必须从陀螺的受力(力矩),它的惯性(转动惯量),它的初始运状态,这三方面的因素来考虑

雪鹰:用(力矩)与“力”对应,和(转动惯量)对应的显然是“质量”,而你却用“惯性”与(转动惯量)对应,请问,你的“惯性”是什么?是陀螺的质量?

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说了半天,大概的意思可能是说,旋转的物体如果其旋转轴的方向发生变化,就会产生进动。是这个意思吗?
如果我理解的不错,那么这也是牛顿力学的范式!?可是老T好像老早就指出了,这是不符合牛顿——爱因斯坦理论体系的范式的。
真是物理学一上升到玄学就乱了。

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引用:
原帖由 雪鹰J 于 2008-7-11 08:17 发表
紫藤萝兰:必须从陀螺的受力(力矩),它的惯性(转动惯量),它的初始运状态,这三方面的因素来考虑

雪鹰:用(力矩)与“力”对应,和(转动惯量)对应的显然是“质量”,而你却用“惯性”与(转动惯量)对应,请问,你的“惯性”是什么?是陀螺的质量? ...
质量是什么?质量是惯性的量度(惯性意义上)
转动惯量是什么?转动惯量是转动惯性的量度。(如果承认有转动惯性的话)

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引用:
原帖由 廖老头 于 2008-7-11 08:40 发表
说了半天,大概的意思可能是说,旋转的物体如果其旋转轴的方向发生变化,就会产生进动。是这个意思吗?
如果我理解的不错,那么这也是牛顿力学的范式!?可是老T好像老早就指出了,这是不符合牛顿——爱因斯坦理论体系的范式的。
真 ...
廖老说的不错:

旋转的物体如果其旋转轴的方向发生变化,就会因惯性产生进动。

我还不知道老T是怎样说的,但我认为,陀螺问题是用不到爱因斯坦理论体系的

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引用:
原帖由 紫藤萝兰 于 2008-7-11 09:03 发表


质量是什么?质量是惯性的量度(惯性意义上)
转动惯量是什么?转动惯量是转动惯性的量度。(如果承认有转动惯性的话)
头一次听说还有“转动惯性”,真是孤陋寡闻

既然你的惯性就是转动惯量,那么你在说谁“认识不到或忽略了惯性的作用”?

经典力学刚体转动理论,基本概念之一就是“转动惯量”,此概念贯穿于所有理论论述中,显然你不是指他们了,那你指的是谁?是谁忽略了转动惯量的作用?


关于转动惯量,我们知道同一个刚体具有不变的“质量”,却有无穷多的“转动惯量”,说到转动惯量,必须指明针对哪一根轴,过刚体的轴有无穷多根,刚体对每一根轴都有相应的转动惯量,不管刚体是否在绕那根轴旋转

你的惯性、也就是转动惯量,是对哪一根轴?

[ 本帖最后由 雪鹰J 于 2008-7-11 09:32 编辑 ]

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引用:
原帖由 雪鹰J 于 2008-7-11 09:31 发表


头一次听说还有“转动惯性”,真是孤陋寡闻

既然你的惯性就是转动惯量,那么你在说谁“认识不到或忽略了惯性的作用”?

经典力学刚体转动理论,基本概念之一就是“转动惯量”,此概念贯穿于所有理论论述中,显然你不是指他们 ...
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转动惯量 开放分类: 物理力学


转动惯量
Moment of Inertia

         刚体绕轴转动惯性的度量。其数值为I=Δmiri^2或I=,式中ri为组成刚体的质量微元 Δmi(或dm)到转轴的垂直距离;求和号(或积分号)遍及整个刚体。转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置,而同刚体绕轴的转动状态(如角速度的大小)无关。规则形状的均质刚体,其转动惯量可直接计得。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量,一般用实验法测定。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。
       描述刚体绕互相平行诸转轴的转动惯量之间的关系,有如下的平行轴定理:刚体对一轴的转动惯量,等于该刚体对同此轴平行并通过质心之轴的转动惯量加上该刚体的质量同两轴间距离平方的乘积。由于和式的第二项恒大于零,因此刚体绕过质量中心之轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者。
       还有垂直轴定理:垂直轴定理
一个平面刚体薄板对于垂直它的平面轴的转动惯量,等于绕平面内与垂直轴相交的任意两正交轴的转动惯量之和。
表达式:Iz=Ix+Iy
       刚体对一轴的转动惯量,可折算成质量等于刚体质量的单个质点对该轴所形成的转动惯量。由此折算所得的质点到转轴的距离 ,称为刚体绕该轴的回转半径κ,其公式为_____,式中M为刚体质量;I为转动惯量。
     转动惯量的量纲为L^2M,在SI单位制中,它的单位是kg·m^2。
      刚体绕某一点转动的惯性由更普遍的惯量张量描述。惯量张量是二阶对称张量,它完整地刻画出刚体绕通过该点任一轴的转动惯量的大小。

补充对转动惯量的详细解释及其物理意义:
    先说转动惯量的由来,先从动能说起大家都知道动能E=(1/2)mv^2,而且动能的实际物理意义是:物体相对某个系统(选定一个参考系)运动的实际能量,(P势能实际意义则是物体相对某个系统运动的可能转化为运动的实际能量的大小)。

E=(1/2)mv^2 (v^2为v的2次方)
把v=wr代入上式 (w是角速度,r是半径,在这里对任何物体来说是把物体微分化分为无数个质点,质点与运动整体的重心的距离为r,而再把不同质点积分化得到实际等效的r)
得到E=(1/2)m(wr)^2
由于某一个对象物体在运动当中的本身属性m和r都是不变的,所以把关于m、r的变量用一个变量K代替,
      K=mr^2
得到E=(1/2)Kw^2
      K就是转动惯量,分析实际情况中的作用相当于牛顿运动平动分析中的质量的作用,都是一般不轻易变的量。

  这样分析一个转动问题就可以用能量的角度分析了,而不必拘泥于只从纯运动角度分析转动问题。

     为什么变换一下公式就可以从能量角度分析转动问题呢?
       1、E=(1/2)Kw^2本身代表研究对象的运动能量
       2、之所以用E=(1/2)mv^2不好分析转动物体的问题,是因为其中不包含转动物体的任何转动信息。
       3、E=(1/2)mv^2除了不包含转动信息,而且还不包含体现局部运动的信息,因为里面的速度v只代表那个物体的质
           心 运 动情况。
       4、E=(1/2)Kw^2之所以利于分析,是因为包含了一个物体的所有转动信息,因为转动惯量K=mr^2本身就是一种积
           分得到的数,更细一些讲就是