科学网—liuyanzhu的博文

刘延柱 2021-1-7 09:30

快速旋转且旋转轴在空间中可改变方向的物体称为陀螺。陀螺的运动有两种基本属性：定轴性和进动性。无力矩作用时陀螺的旋转轴保持空间中的方位不变，称为定轴性。有力矩作用时转动轴在空间中缓慢转动，其端点的运动方向与力矩矢量一致，称为进动性。在博文“抖空竹与欧拉方程”里已有过详细的解释。将一 ...

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科氏惯性力与振动陀螺

热度 4 刘延柱 2020-12-31 10:39

1 832年法国工程师科里奥利 (Coriolis,G) 在研究水轮机时发现，在转动的坐标系里存在一种特殊的加速度，称为科里奥利加速度，简称科氏加速度（图 1）。加速度的产生是由于相对运动引起牵连速度变化，和牵连运动引起相对速度变化所引起。如坐标系的角速度为 ω ，质点的相对速度 ...

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单轨火车与陀螺稳定性

热度 3 刘延柱 2020-12-24 14:52

几乎所有的轨道交通都是在两条平行轨道上实现的，因为重心在轨道上方的火车车厢必须由两条轨道支承才能稳定不倒。但随著轨道交通技术的发展，仅受单条轨道支承的单轨火车也逐渐成为现实。最早的单轨火车是将轨道改成索道，让车厢倒挂在轨道下运行。1825 年，英国切斯汉特 (Cheshunt) 的帕而墨(Palmer,H. ...

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“嫦娥”探月与限制性三体问题

热度 1 刘延柱 2020-12-15 11:04

嫦娥五号重访月球的喜讯不断。月面软着陆、自动采样、起飞上升、无人交会对接等一系列艰难任务均已顺利完成。携带月岩和月壤的返回舱已进入月地转移轨道，即将返回地球家园了（图1）。国人无不欢欣鼓舞，探月工程再次成为关注的对象。与探月过程密切相关的力学问题也引起公众的兴趣。探 ...

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人造卫星“探险者一号” 事件与最大轴原则

刘延柱 2020-12-7 10:29

在博文 “ 运动员的旋空翻与欧拉-潘索运动 ” 中，对欧拉情形刚体定点运动的永久转动稳定性得出了结论。即刚体绕最大和最小惯性矩主轴的永久转动稳定，绕中间值惯性矩主轴的永久转动不稳定。两个世纪以来，经典力学的这一结论从未被怀疑过。但 1958 年 1 月 31 日，美国发射的第一颗人造卫星探险者一 ...

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运动员的旋空翻与欧拉-潘索运动

热度 1 刘延柱 2020-12-3 16:17

1972 年举行的第 20 届奥运会上，日本体操运动员冢原光男第一次完成了绕身体的横轴（自右至左）转动，同时绕纵轴（自脚至头）旋转的高难动作而获得了单杠世界冠军。这种被称为“旋空翻”的动作现已成为体操、跳水等项目频繁出现的常规动作之一（图1，图2）。但是关于旋空翻的力学原理却引起过不少困惑。我国体育界在上世 ...

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猫的空中转体与动量矩守恒

热度 3 刘延柱 2020-11-29 09:27

从高处下落的猫总是四肢先着地的现象很早就引起注意。1894 年法国科学院的生理学家马勒（Marey,M.）曾用摄影技术记录了猫的下落过程，发现猫能在1/8秒的短暂时间内从四足朝天姿势自动翻转过来。这一现象给物理学家们出了个大难题。图1 猫的空中转体（引自新浪网）在“ 抖 ...

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会倒退旋转的凯尔特魔石

热度 2 刘延柱 2020-11-25 09:57

十九世纪发现的所谓“凯尔特石现象”曾吸引了物理学家们的浓厚兴趣，大量研究论文和报告的发表未能停止对这一奇特力学现象的理论探索。英国物理学家博迪 (Bondi,H) 在1986年的论文中写道： “ 即使训练有素的科学家也难以理解这种现象为何不违背动量矩定理。 ” 所谓凯尔特石是一个接近半椭球形的 ...

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开尔文的 “哥伦布蛋” 问题

热度 2 刘延柱 2020-11-16 21:18

英国力学大师开尔文爵士 (Lord Kelvin) 于 1877 年提出过一个问题：“为何熟鸡蛋能在平面上直立旋转，而生鸡蛋不能呢？”。这个有趣的 “开尔文问题” 曾吸引了包括格林希尔 (Greenhill,A.G.,1880), 儒可夫斯基(Zhukovsky,N.E.,1885), 龐加莱 (Poincaré,H.,1910), 契塔耶夫 (Chetayev,N.G.,1957), 鲁缅采夫 (Rum ...

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翻身陀螺与摩擦力效应

热度 2 刘延柱 2020-11-11 19:48

两位物理学大师波尔(Bohr,N.)和泡利(Pauli,W.)弯着腰被地上滚动的小陀螺吸引住了，他们全神贯注地观察这个旋转中的带短柄小球体突然翻身，短柄触地继续旋转的奇特现象（图1）。这张照片摄于1954年的5月，地点是瑞典Lund大学的物理研究所。照片中的这个称作Tip-top的小玩具曾引起物理学界的巨大兴趣。早在1 ...

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