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28 Aug

月球上的多角度反射镜

各反射镜在月球上的位置.jpg

很多读者都听说过,现在地球上可以发射激光到月球,反射回来,通过计算一来一回的时间来测量地月距离。现在问题是,怎样的镜子才能够把来自不同角度的光都以相同的方向反射回去呢?实现这一目的的镜子称为“多角度反射镜”。

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7 Aug

旋转的弹簧将如何伸长(2)?

弹簧.jpg上一次我从密度的角度讨论了旋转的弹簧伸长的问题,由于对弹性形变等问题是初涉,所以花了好大功夫。这几天重新认识了一下胡克定律,并且从另外的角度给出了这道题目的一个相对简单的解法。在此把它记录下来,并写写我对弹性形变的一些粗浅看法。

在解答的过程中,我再次体验到了殊途同归的感觉,科学就是这样的奇妙,一个目的地往往有着不止一条道路,不同的道路会给我们不同的科学视觉,最终领略到不同的科学美景;多走几条路,更能够让我们从不同的角度领略美不胜收的科学,这也是众多旅游爱好者不辞千里地观赏美景的原因!

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30 Jul

旋转的弹簧将如何伸长?

旋转的弹簧.PNG

一根均匀的弹簧长度l0,线密度λ0,劲度系数k,总质量M。现在没有重力的环境下,绕其一端作角速度ω的旋转(角速度恒定),则此时其长度变为多少?

这是网友“宇宙为家”在几天前提出的问题。期间我曾做过多次解答,犯了若干次错误,经过修修补补,得出了最后的答案,在此感谢“宇宙为家”朋友的多次提醒。如果下面的答案依旧有错误,望各位读者发现并指出。

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15 Jul

《向量》系列——1.向心力公式证明

向量在几何和物理中都有极其重要的作用,现在就让我们来看如何用向量研究物理中的圆周运动。

首先我们必须了解一些基础:

1.在向量中,只要一条“向径”($\stackrel{\to}{r}$)就可以描述出物体的运动,而不需要建立坐标系。这就是向量应用于物理的原因:物理定律不应该依赖于坐标系,而向量恰恰也不依赖于坐标系!
2.牛顿第二定律:$\stackrel{\to}{F}=m\stackrel{\to}{a}$
3.以及一些向量的微积分运算等(可以查阅维基百科或者相关资料)

在下面及以后的文章描述中,为了大家的阅读方便,把向量写成$\stackrel{\to}{r}$的形式,而非把字母加粗。一般情况下,在本站的描述中,有$|\stackrel{\to}{r}|=r,|\dot{\stackrel{\to}{r}}|=v,|ddot{\stackrel{\to}{r}}|=a$。但是,$dot{r}=\frac{d|\stackrel{\to}{r}|}{dt} != |\dot{\stackrel{\to}{r}}|$

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28 Jun

第114号化学元素再次被实验确认

化学元素周期表.jpg

德国美因茨大学6月25日报告说,一个国际研究小组在德国重离子研究中心通过实验再次确认了第114号化学元素。

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9 Jun

捉弄计划的失败——单摆周期

老式机械摆钟.jpg“滴答滴答,滴答滴答——”当我们看到家里的摆钟来回摆动,并且能够准确地报时的时候,有没有想过其中的奥妙呢?

有一天,你想捉弄一下妈妈,把钟摆系上一个重物,心想着钟一定会走得更快,妈妈就会乱套了。可是很快你会失望地发现,摆钟依然准时地走着,没有任何异常,时间仿佛在宣告他的不可控制。你感到非常纳闷:为什么我的计划会失败呢?

据说,世界上第一个研究单摆的人是伽利略,他通过多次实验得出结论:单摆的周期只取决于摆绳的长度,和摆的重量无关。这是你明白了,原来要捉弄妈妈,应该要增加钟摆长度才对...^_^

现在我们来分析一下这个单摆....

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4 Apr

关于自由落体公式的简单修正

自由落体公式-示意图.PNG自由落体的一般定义是:只考虑吸引天体和被吸引天体的引力因素,忽略其他的运动和大气摩擦等因素,物体从静止(相对于吸引天体)开始接近吸引天体的运动。根据这个定义,假设地球为一个均匀球体,半径为r,质量为M,物体从距离地表h高度处自由落下。求落到地面的时间t,或者根据时间t求h。

令s为t时刻物体左右下落的物体与地表的距离,忽略物体的小质量,那么可以列出微分方程:
$\frac{d^2 s}{dt^2}=-\frac{GM}{(r+s)^2}$——(1)
并且初始条件是$t=0,s=h,\dot{s}=v=0$

在实际应用中,我们不必求出这道微分方程的精确解,因为这个解极其麻烦,在之前曾经讨论过。我们只需要求出一个有足够精确度的近似解就行。

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17 Jan

【竖直上抛】炮弹能够射多高(第二宇宙速度)?

一枚炮弹以速度$v_0$向上射出,只考虑重力因素,请问炮弹到达多远的距离后就会开始自由下落?
大炮的发射.jpg

对于这个问题,我们首先采取的是高中生的做法。考虑地球重力,也就是说炮弹在做加速度为-g(-9.8m/s2)的匀变速运动。根据公式$v_t^2-v_0^2=2as$,可得$s=\frac{v_0^2}{2g}$。
此即炮弹能够走得最远距离。

但是看了这条式子,我们会发现,这个“距离”始终是有限的。换一句话说,只要$v_0$不趋于无穷大,s就不会无穷大。但是我们还听到过牛顿这样说过:假如炮弹以某个速度(就是我们现在所所说的第二宇宙速度)飞离地球,它就永远不会回来了。两者不是矛盾吗?

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