地球进动实验
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证明地球自转的实验
证明地球在自转的实验太多了,傅科摆、深井实验、牙签实验、重力加速度实验等等
傅科摆
傅科摆是一个物理实验设备,以法国物理学家莱昂·傅科的名字命名,其作用就是证明地球在自转。
1851年傅科法国巴黎的先贤祠公开进行科学实验,他设置了一个巨大的钟摆,其摆长67米,摆锤重28公斤,摆锤下面插入一根尖针,可以划到地上设置的沙盘,展示摆锤的运动轨迹。
实验开始之后,大家发现摆锤并不是直来直去运动的,而是在慢慢地沿顺时针方向发生旋转,这个证明看地球自转的存在。
深井实验
假设有一口很深口径不是很大的垂直井,我们在井口中心垂直丢下一个物体,如果地球存在自转的话,那么这个物体会在下坠的时候渐渐地偏向井壁,不会掉到井底的中心位置。
有人在矿井中尝试了这个实验,结果是物体会和井东壁相撞,证明了自转的存在。
牙签实验
打一盆水,放在一个空气流动缓慢且水平的地方,等待水面平静没有波纹的时候,放入一根细小的牙签,在牙签的一端做好标记,并记住牙签的位置。
之后静置几小时,再观察牙签的位置和最开始时的位置的差别。
我们会发现,静置几个小时
之后,牙签发生了转动,如果我们是在北半球进行这个实验的话,牙签应该是逆时针旋转的。
重力加速度实验
上过初中课程的人都知道,重力加速度是重力对自由下落的物体产生的加速度。
假设地球是一个不旋转的规则球体的话,那么在地球上任意位置的重力加速度应该都是相等的。
而现实却并不是这样,重力加速度在赤道最小,在两极最大,这个也证明了地球是在自转,由于惯性离心力的原因导致了地球不同纬度的地方重力加速度都不相同。
证明地球运动的实验地球运动是一项基本的地球科学知识,它指的是地球的自转和公转运动。
虽然地球运动是由科学家通过观测和实验得出的结论,但我们可以通过一些简单的实验来证明地球运动的存在。
本文将介绍几个证明地球运动的实验。
实验一:日落和日出的观察每天早晚观察太阳的日落和日出过程可以证明地球的自转运动。
当太阳升起时,它从地平线上升起,并在天空中逐渐升高。
当太阳下山时,它从天空中逐渐下降,并最终消失在地平线下。
这个观察现象说明了地球自西向东的自转运动。
实验二:恒星的观察恒星是远离地球的光源,它们的位置相对稳定。
通过观察恒星的运动可以证明地球的自转和公转运动。
在一年中的不同时间,我们可以看到不同的恒星和星座。
这是因为地球在公转运动中,不断改变了它相对于太阳的位置。
此外,我们还可以观察到星空中的星轨,这是因为地球自转导致恒星看起来在天空中运动。
实验三:日食和月食的观察日食和月食是地球运动的另一个证据。
日食发生在地球、月球和太阳之间的特定位置,当月球完全或部分遮挡住太阳时,地球上的观察者会看到太阳被遮挡的现象。
月食发生在地球、太阳和月球之间的特定位置,当地球完全或部分遮挡住太阳照射到月球上的光线时,地球上的观察者会看到月亮变暗或变红。
这些现象表明地球、太阳和月球之间的相对位置在不断变化,从而证明了地球的公转和月球的绕地运动。
实验四:地平线的曲率在一个平坦的地面上,我们可以观察到远处物体的完整形状。
然而,当我们站在海岸线上或高处时,远处的物体会逐渐消失在地平线之下。
这是因为地球的曲率导致了地平线的存在。
如果地球是平坦的,我们应该能够看到远处的物体,而不会受到地平线的阻碍。
通过这个实验,我们可以验证地球的曲率和球状形状。
通过以上实验,我们可以清楚地看到地球运动的证据。
日落和日出的观察、恒星的运动、日食和月食的观察以及地平线的曲率,这些实验都提供了确凿的证据,证明了地球的自转和公转运动。
这些实验不仅可以帮助我们理解地球运动的基本原理,还可以激发我们对地球科学的兴趣和好奇心。
地理课上的地球自转和公转实验引言地球自转和公转是地理课程中重要的概念,了解这些概念对于理解地球的运动和季节变化至关重要。
为了帮助学生更好地理解和体验地球自转和公转的过程,我们设计了一项简单而有趣的实验。
实验材料- 一个大球体模型(可以是地球仪或者类似的球体物体)- 一个小球体模型(可以是塑料球或者小球体模型)- 一根直线的木棍或者绳子实验步骤1. 将大球体模型放置在桌子上,代表地球。
2. 在大球体模型的北极和南极之间,沿着地球自转轴的方向固定直线的木棍或者绳子,代表地球的自转轴。
3. 将小球体模型放在地球模型上的一个特定位置,代表一个城市或者国家。
4. 将大球体模型沿着地球自转轴缓慢旋转,模拟地球的自转。
5. 同时将大球体模型沿着桌子表面绕一个圆形轨道运动,模拟地球的公转。
实验观察1. 观察小球体模型在地球自转和公转过程中的位置变化。
2. 注意小球体模型在自转过程中是否固定在原地,以及在公转过程中是否有一定的轨道运动。
实验讨论通过这个实验,可以帮助学生理解地球自转和公转的概念。
地球自转是地球围绕自身轴线旋转一周,而公转是地球绕太阳旋转一年。
实验中的木棍或者绳子代表地球的自转轴,大球体模型的旋转模拟了地球自转的过程,而大球体模型的圆形轨道运动模拟了地球的公转。
当地球自转时,小球体模型在地球表面上并不从原地移动,而在地球公转时,小球体模型会随着地球的运动,沿着地球的轨道运动。
实验结论通过这个实验,学生可以直观地观察和体验地球自转和公转的过程。
他们可以理解地球自转和公转的概念,并理解地球的运动是如何导致季节变化和昼夜交替的。
结束语这个实验可以帮助学生更好地理解地球自转和公转的概念,并通过观察和实践加深他们的学习体验。
希望这个实验能够激发学生对地理科学的兴趣,并加强对地球运动的理解。
地球自转的证据可以从不同的角度来寻找。
以下是一些常见的证据:- 天体的周日视运动:地球自转导致天体在天空中的位置随着时间的推移而变化。
例如,太阳在天空中的位置在一天中会发生变化,这是因为地球自转使得我们相对太阳的位置发生了变化。
- 傅科摆:法国物理学家傅科在1851年发明了一个摆,摆锤下面有一个沙盘。
当摆锤摆动时,由于惯性,摆锤的重心会在沙盘上画出一个圆形轨迹。
如果地球不自转,那么这个轨迹应该是一条直线。
但是,由于地球自转,摆锤的轨迹实际上是一个偏心圆。
这个实验证明了地球在自转。
- 地球的极移:地球的极点在地球自转过程中会发生微小的移动。
这种极移可以通过观测地球的卫星或者地面上的天文台来测量。
- 地球的进动:地球自转轴的方向并不是固定的,而是在缓慢地旋转。
这种旋转被称为“进动”。
地球的进动可以通过观测天体的位置变化来测量。
- 科里奥利力:地球自转会产生一种力,称为科里奥利力。
这种力会影响物体的运动方向和速度。
例如,在北半球,河流会向右偏转,而在南半球,河流会向左偏转。
这种偏转是由于科里奥利力的作用。
- 地震波传播:地震波在地球内部传播时,会受到地球自转的影响。
地震波的传播速度和方向会因为地球自转而发生变化。
通过研究地震波的传播,可以推断出地球内部的结构和地球自转的速度。
这些证据都从不同的角度证明了地球在自转。
一、实验目的通过本次实验,旨在验证地球自转的存在,了解地球自转的原理和现象,并掌握一些常用的实验方法。
二、实验原理地球自转是指地球围绕自己的轴心自西向东旋转的运动。
由于地球自转的存在,地球上不同地区的昼夜更替、时差以及物体运动轨迹的变化等现象得以产生。
三、实验材料1. 实验器材:地球仪、牙签、脸盆、水、计时器、炮弹(模拟)、傅科摆等。
2. 实验材料:橡皮泥、地球模型、天球仪、科学教科书等。
四、实验步骤1. 观察地球仪(1)观察地球仪上的经纬线,了解地球的自转轴、赤道、两极等概念。
(2)观察地球仪上的昼夜更替现象,了解地球自转导致的昼夜交替。
2. 牙签实验(1)在脸盆中装满水,放置在水平且不易振动的地方。
(2)轻轻放入一根木质细牙签,并在牙签的一端做一个记号。
(3)等待10小时以上,观察牙签的位置变化,验证地球自转。
3. 炮弹实验(1)模拟射出炮弹,观察炮弹的运动轨迹。
(2)分析炮弹运动轨迹,验证地球自转的存在。
4. 重力加速度实验(1)测量赤道和两极的重力加速度。
(2)分析重力加速度的变化,验证地球自转的存在。
5. 深井测量实验(1)在深井中进行实验,观察物体下落过程中的位置变化。
(2)分析物体下落过程中的位置变化,验证地球自转的存在。
6. 傅科摆实验(1)观察傅科摆的摆动情况,了解地球自转的影响。
(2)分析傅科摆的摆动现象,验证地球自转的存在。
五、实验结果与分析1. 观察地球仪,发现地球自转轴、赤道、两极等概念与实验原理相符。
2. 牙签实验结果显示,牙签在10小时以上发生了转动,验证了地球自转的存在。
3. 炮弹实验结果显示,炮弹在空中发生偏转,验证了地球自转的存在。
4. 重力加速度实验结果显示,赤道和两极的重力加速度存在差异,验证了地球自转的存在。
5. 深井测量实验结果显示,物体在深井中下落时,位置发生偏移,验证了地球自转的存在。
6. 傅科摆实验结果显示,傅科摆的摆动方向发生改变,验证了地球自转的存在。
第1篇一、实验目的通过一系列实验,验证地球自转的存在,并观察地球自转对物体运动的影响,从而加深对地球自转现象的理解。
二、实验原理地球自转是指地球绕地轴自西向东旋转的运动。
这种运动导致地球上的昼夜交替、太阳的东升西落以及地转偏向力等现象。
实验将通过模拟和观测来验证这些现象。
三、实验材料1. 脸盆(装满水)2. 木质细牙签(一端做记号)3. 射击用的炮弹(或子弹)4. 深井(或高楼)5. 水平放置的地面6. 秒表7. 地图四、实验步骤实验一:牙签法1. 将脸盆放置在水平且不易振动的地方,待水静止后,轻轻放下一根木质细牙签,并在牙签的一端做一个记号。
2. 记录牙签的初始位置。
3. 过几个小时后(最好在10个小时以上),再次观察牙签的位置。
4. 观察牙签是否发生旋转,记录旋转角度。
5. 分析旋转角度与地球自转速度的关系。
实验二:炮弹法1. 在开阔的空地上,进行射击实验。
2. 射击时,观察炮弹的运动轨迹。
3. 分析炮弹运动轨迹的偏转方向,判断地转偏向力的影响。
实验三:重力加速度法1. 在深井中(或高楼顶),进行物体下落实验。
2. 将物体从高处释放,记录下落时间。
3. 分析下落时间与地球自转速度的关系。
实验四:深井测量法1. 在深井中进行实验,将物体从不同高度释放。
2. 观察物体落地点的变化,记录数据。
3. 分析落地点的变化与地球自转速度的关系。
五、实验结果与分析实验一:牙签法通过观察牙签的旋转角度,可以计算出地球自转速度。
实验结果显示,牙签的旋转角度与地球自转速度存在一定的关系,验证了地球自转的存在。
实验二:炮弹法通过观察炮弹的运动轨迹,可以判断地转偏向力的影响。
实验结果显示,炮弹在北半球的运动轨迹呈顺时针方向,而在南半球呈逆时针方向,验证了地转偏向力的存在。
实验三:重力加速度法通过测量物体下落时间,可以计算出地球自转速度。
实验结果显示,下落时间与地球自转速度存在一定的关系,验证了地球自转的存在。
实验四:深井测量法通过观察物体落地点的变化,可以分析地球自转速度的变化。
24 .万有引力与时空弯曲一.实验目的1•观测钢球运动,掌握开普勒定律2•利用曲面模拟引力势能曲线3•通过钢球运动模拟动能与势阱的作用4•直观理解广义相对论一一引力源于弯曲5•观测理解“弯曲时空”导致近日点进动二.实验仪器实验在大型双曲面组成的漏斗状玻璃钢制的槽中进行。
槽下贮存有钢质球若干。
实验者摇动手柄十余圈,带动齿链,再经齿轮箱传动来转动凸轮,依次向上推出钢球, 并使其在曲面上作椭圆运动,并形成进动。
三.实验原理与内容1)开普勒定律验证2)势能曲线:a.弓I力势能;b.重力势能3)引力势阱与动能4)引力是“弯曲时空”的表现5)近日点的进动原理1•开普勒定律验证观测:关于行星运动的开普勒第一定律指出:行星轨道是椭圆,太阳位于其中一个焦点上。
第二定律指出:行星对太阳的径矢,在相等的时间内扫过相等的面积(图1)。
九大行星是在以太阳为核心的平面上沿着椭圆轨道周期地运动着。
由于引力的方向在任何时刻总是与行星对于太阳的径矢方向相反而平行,所以行星所受的太阳引力之力矩,对太阳为心而言,恒等于零。
亦即行星对太阳的角动量将保持不变。
L mvrSinr r Sin mlimt 02mlim2t 0 t 2m空dt其中△ S=1/2( r △ r Si n a),是r和^ r组成窄三角形的面积(△ r0时,Sin a 1)。
ds dt 是行星对太阳的径矢在单位时间内扫过的面积,称为行星的 掠面速度。
L 不变,即 ds ddt 不变。
所以,角动量守恒定律 直接就导出了开普勒第二定律,见图 开普勒定律是在对行星运动的长期观测与大量的数据积累基础上才总结出来的,它为 因此,牛顿才说他是站在了巨人的肩膀上, 1。
牛顿定律奠定了坚实的实验基础与理论基础。
会有新的发现。
在本实验中,可以观察到钢球的椭圆运动, 普勒第二定律。
但是,要注意,钢球并不是在平面上运动。
可以观测其径矢的掠面速度,从而验证开 由于双曲面拟合了引力势能曲线, 代表了引力作用。
一、实验目的通过本次实验,使学生了解地球自转和公转的基本原理,掌握地球运动产生的自然现象,如昼夜交替、四季变化等。
同时,培养学生动手操作、观察分析的能力,提高学生对地球科学知识的兴趣。
二、实验器材1.地球仪2.天球仪3.牙签4.脸盆5.红、黄线6.计时器7.记录本三、实验步骤1.观察地球仪(1)观察地球仪的构造,了解地球仪的各个部分,如地轴、赤道、黄道等。
(2)观察地球仪上的经纬线,了解经纬线的划分和作用。
(3)观察地球仪上的标注,了解地球上的各大洲、大洋、山脉、河流等地理事物。
2.天球仪演示(1)观察天球仪的构造,了解天球仪的各个部分,如天赤道、黄道、星座等。
(2)演示地球公转:将地球仪固定在天球仪上,转动地球仪,观察地球在公转过程中,太阳直射点位置的变化。
(3)演示地球自转:在天球仪上模拟地球自转,观察地球在自转过程中,昼夜交替的现象。
3.牙签法实验(1)取一根牙签,一端做一个记号,轻轻放入装满水的脸盆中,待水静止后,观察牙签的位置。
(2)过一段时间后,再次观察牙签的位置,分析地球自转对牙签位置的影响。
4.炮弹法实验(1)观察地球自转产生的科里奥利力,了解其在北半球和南半球的不同表现。
(2)分析炮弹在发射过程中,受到科里奥利力的影响,产生的偏转现象。
5.重力加速度法实验(1)观察地球自转产生的惯性离心力,了解其在赤道和两极的不同表现。
(2)分析重力加速度在赤道和两极的差异,推测地球的形状。
6.深井测量法实验(1)观察地球自转产生的科里奥利力,了解其在不同高度的表现。
(2)分析深井测量结果,推测地球的自转速度。
四、实验结果与分析1.地球自转和公转产生的自然现象(1)昼夜交替:地球自转导致太阳只能照亮地球的一半,从而产生昼夜交替现象。
(2)四季变化:地球公转导致太阳直射点位置的变化,进而产生四季变化。
2.地球的形状(1)地球不是完美的正球体,而是赤道略鼓、两极略扁的旋转椭球体。
(2)地球的形状与地球自转产生的惯性离心力有关。
证明地球运动的实验地球运动的实验是为了证明地球自转和公转的现象。
地球自转指的是地球围绕自身中心轴的旋转,地球公转指的是地球围绕太阳运动的轨迹。
为了证明地球自转现象,我们可以进行如下实验:首先,选取一个宽敞的开阔场地,并找一根垂直于地面的杆子,固定在地面上。
然后,在杆子的顶端悬挂一根长长的线,线上可以挂上一个小球或其他小物体。
接下来,我们可以观察到小球在杆子上方做圆周运动,这就是地球自转的实验现象。
通过观察小球的运动,我们可以发现,小球从西向东做圆周运动,并且每天大约需要24小时才能完成一次圆周运动。
这是因为地球自转的速度大约是每小时1670千米,所以在24小时内,地球完成了一次自转。
除了上述实验,我们还可以通过天文观测来证明地球自转现象。
例如,我们可以观察到星星在夜空中的运动轨迹。
在不同的观测位置和时间,星星的位置会发生变化。
这是因为地球自转使得我们的观测点发生改变,导致星星的位置看起来发生了变化。
为了证明地球公转的现象,我们可以进行如下实验:首先,选取一个开阔的场地,并在地面上画出一个大圆。
然后,在大圆的中心位置放置一个球状物体,代表太阳。
接下来,我们可以选取一个较小的球体,代表地球,固定在大圆上。
然后,我们可以观察到地球在大圆上做椭圆形的运动,这就是地球公转的实验现象。
通过观察地球的运动轨迹,我们可以发现地球在围绕太阳运动时,轨迹是一个椭圆形。
地球的公转速度大约是每秒30千米,所以地球每年绕太阳公转一周。
除了上述实验,我们还可以通过观测四季的变化来证明地球公转的现象。
在不同的季节中,太阳的高度角和日照时间都会发生变化。
这是因为地球的公转使得我们的观测点相对于太阳位置发生了改变,导致太阳的高度角和日照时间发生了变化。
通过观察地球自转和公转的实验现象,我们可以清楚地证明地球运动的存在。
这些实验不仅能够帮助我们理解地球的运动规律,还能够加深我们对宇宙的认识。
地球的自转和公转是宇宙中非常重要的运动方式,对于人类的生活和生存环境都起着至关重要的作用。
24.万有引力与时空弯曲一.实验目的1.观测钢球运动,掌握开普勒定律2.利用曲面模拟引力势能曲线3.通过钢球运动模拟动能与势阱的作用4.直观理解广义相对论——引力源于弯曲5.观测理解“弯曲时空”导致近日点进动二.实验仪器实验在大型双曲面组成的漏斗状玻璃钢制的槽中进行。
槽下贮存有钢质球若干。
实验者摇动手柄十余圈,带动齿链,再经齿轮箱传动来转动凸轮,依次向上推出钢球,并使其在曲面上作椭圆运动,并形成进动。
三.实验原理与内容1)开普勒定律验证2)势能曲线:a.引力势能;b.重力势能3)引力势阱与动能4)引力是“弯曲时空”的表现5)近日点的进动原理1.开普勒定律验证观测: 关于行星运动的开普勒 第一定律指出:行星轨道是椭圆,太阳位于其中一个焦点上。
第二定律指出:行星对太阳的径矢,在相等的时间内扫过相等的面积(图1)。
九大行星是在以太阳为核心的平面上沿着椭圆轨道周期地运动着。
由于引力的方向在任何时刻总是与行星对于太阳的径矢方向相反而平行,所以行星所受的太阳引力之力矩,对太阳为心而言,恒等于零。
亦即行星对太阳的角动量将保持不变。
ααSin dt dr mrmvrSin L == tSin r r m t ∆∆=→α0lim dt dsm t sm t 2lim 20=∆∆=→ 其中△S=1/2(r ⎪△r ⎪ Si nα),是r 和△r 组成窄三角形的面积(△r →0时,Sinα→1)。
图1dt ds 是行星对太阳的径矢在单位时间内扫过的面积,称为行星的掠面速度。
L 不变,即d dt ds 不变。
所以,角动量守恒定律 直接就导出了开普勒第二定律,见图1。
开普勒定律是在对行星运动的长期观测与大量的数据积累基础上才总结出来的,它为牛顿定律奠定了坚实的实验基础与理论基础。
因此,牛顿才说他是站在了巨人的肩膀上,才会有新的发现。
在本实验中,可以观察到钢球的椭圆运动,可以观测其径矢的掠面速度,从而验证开普勒第二定律。
但是,要注意,钢球并不是在平面上运动。
由于双曲面拟合了引力势能曲线,曲面就代表了引力作用。
所以,钢球运动在初期,近似在平面上运动,可以明显看到掠面速度相等、椭圆运动的周期相同。
中期,椭圆运动周期缩短,但是相同时间掠过的总面积依然相同。
后期,钢球运动仍然符合开普勒定律,只是更难以与初期的钢球运动来作比较,需重复观测、体验。
“如果说我比多数人看得远一些的话,那是因为我站在巨人们的肩上。
”牛顿(Isaac Newton ,1642-1727)2. 势能曲线①引力势能曲线(图2):引力是保守力,可以引进势能概念。
即引力作功与路径无关,只取决于两质点的始末相对位置(即位形)。
这个由位形决定的函数即称为系统的势能函数。
ab a b pb pa A r m m G r m m G E E =-=-2121若规定r b →∞时,E pb =0。
当m 1、m 2两质点相距r 时,其引力势能为:r m m GE p 21-=其中负号表达的意义是:两质点从相距r 的位形改变为零势能位形的过程中,引力总是在作负功。
本实验仪中的大面积由双曲线旋转而成的漏斗状的曲面,就是拟合了引力势能:r m m GE p 21-=,形成了一个引力场模拟。
②重力势能曲线(图3):重力是万有引力现象的特例,是物体m 与地球M 组成的系统,在地球表面附近区域的相互作用。
a b pb pa r mM G r mM GE E -=- 若规定 r b= R 时,E pb = 0。
图2.引力势能曲线图3当r a = R + h >R 时,其引力势能为: h R mM G R mM G E pb +-= )11(h R R GmM +-= h R mM G h R R h GmM 2)(≅+=取重力加速度:g = G M / R 2 ,得到重力势能:E p = m g h ,重力势能曲线为斜直线(图4),其实它只是引力势能曲线中的某一小段而已。
3. 引力势阱与动能势阱:实验中,曲面空间就表征着引力的作用r m m G F 21=。
钢球在漏斗状双曲面上运动,虽有一定的动能221mv E k =,但却不足以脱离该曲面。
不论转动多少圈,最终总是陷落在阱中,这正是引力势能r m m G Ep 21=的势阱作用,由曲面表达(图5)。
宇宙速度:如果在实验中使钢球具有足够的动能,则有可能克服势阱,维持椭圆运动,或是逃逸出曲面空间。
以这样的引力势阱—曲面,也可模拟环绕地球的卫星运动或环绕太阳的行星运动,及脱离他们的条件—逃逸速度。
第一宇宙速度v 1—物体维持其不停的绕地球表面附近作圆周运动所必需的最小速度。
由牛顿第二定律:mg R v m ma F n ===21,可求得:s m Rg v /10*9.731==(R=6.4*106m)第二宇宙速度v 2—物体从地面出发,并能逃脱地球的引力作用,进入太阳系,所需的最小发射速度。
0021)(21222=+=-+∞mv R mM G mvs m gR R M G v /10*2.112232===第三宇宙速度v 3—是物体挣脱太阳的万有引力,脱离太阳系,所必需的最小发射速度(对地球而言)v 3=16.7×103m/s4.引力是“弯曲时空”的表现—广义相对论的论点广义相对论的基本论点是:引力来源于弯曲。
正是太阳或曰其质量,引起或迫使其周围的空间发生了弯曲(或者说产生了引力)。
正是“空间弯曲”影响着行星和光的运动。
使它们不是按照牛顿力学所描述的方式,而是不得不按照现在实际存在的方式运动。
我们按照广义相对论的思维,可以认为太阳对行星和光并不存在任何直接的力的作用;太阳只是使其附近的时空发生了弯曲,而陷入这个弯曲时空的行星和光,只是沿着这一弯曲图4 图5时空中所可能的“最短”的路线而运动,但其效果却与引力的作用相同。
所以,爱因斯坦的表述,就是与物质有相互作用的、动力学的、弯曲时空的几何学。
本实验就是试图以曲面空间几何体代替经典物理学中常说的引力作用。
钢球在曲面空间的几何约束下,所走的“最短”路线—椭圆轨迹,正与行星受太阳引力作用所形成的行星轨道相吻合。
以此,可以佐证:引力确实只是“时空弯曲”的表现而已。
5. 近日点的进动—广义相对论的论据地球绕太阳运行的椭圆轨道中,二个焦点很近,近似圆形。
而水星离太阳最近,引力作用最强,椭圆轨道的二个焦点分离最远。
太阳位于其中一个焦点上,因而轨道上有近日点和远日点(图6)。
奇怪的是,水星的近日点有不寻常的进动现象:椭圆轨道的长轴方向,在空间不是固定不变的,在每100年中会偏转5601″(秒,角度),即231.387世纪就沿进动方向会绕太阳转一圈,也称为近日点的进动(图7)。
以牛顿理论计算出太阳系所有行星对它的影响后,还差43″,这与观测值有偏差。
而此前,很少有某种理论能够和万有引力定律的准确性相比。
1845年莱弗里测出了水星的进动速度,从而质疑牛顿力学的正确性开始了。
1915年爱因斯坦引入“空间弯曲”来计算,完全相符合,1916年就发表了广义相对论。
几个行星的近日点进动行 星观 测 值 广义相对论计算值 水 星43.11″±0.45″/100a 43.03″/100a 金 星8.4″±4.8″/100a 8.6″/100a 地 球5.0″±1.2″/100a 3.8″/100a 伊卡鲁斯小星 9.8″±0.8″/100a 10.3″/100a水星进动现象是“空间弯曲”的最有利证据,成为广义相对论的有力支柱。
近年来关于PSR1913+16脉冲双星近日点进动现象,测得值更明显,其值为4.226621(11)°/a ,该数值不但符合广义相对论的理论计算,而且比行星的进动值大许多倍。
异常进动现象只能用“空间弯曲”来解释:由牛顿理论指出水星受太阳引力作用,只可能在平展空间作椭圆运动。
按照广义相对论的解释,太阳周围的空间被弯曲成凹形的曲面。
恰似把化学滤纸画上一个椭圆,再折成浅凹漏斗状,原先画在滤纸上的椭圆必将变形,轨迹必然出现脱轨交叉(图8)。
同样,水星在弯曲空间中,也不再进入原来轨道,而是经过交叉点进入下一个新的椭圆轨道,不断发生进动。
本实验仪,给出了一个弯曲空间—双曲面。
钢球的椭圆轨道必将在弯曲空间作用下,形成显著的进动。
我们可直接观测其椭圆长轴方向的进动现象。
强烈弯曲的时空,表征强大的引力作用,必会引起显著的进动现象。
进动现象就是时空弯曲—广义相对论的有力证据。
本实验将帮助你理解并接受:弯曲时空必将导致的是近日点进动和光线弯曲等广义相对论现象。
图6行星轨道是固定椭圆 图7水星的椭圆轨道在移动 图8四.思考题1.既然重力势能曲线是引力势能曲线中的一段,为什么会过零点?2.如果要用曲面表征重力的作用,实验用的曲面应做成什么形状?为什么?3.这个漏斗状曲面的方程是什么?与万有引力有何关系?4.引力可由加速度等效,引力如何与时空弯曲联系?5.近日点进动说明了什么?为什么会形成进动现象?6.引力的本质是什么?吕美安编质疑爱因斯坦的中国人2005-3-15转自科技日报朱钟泉傅秋瑛章钧豪预期:轨道(短程线)效应陀螺进动率4409.6毫弧度秒/年,地球自转(坐标拖曳)效应进动率0毫弧度秒/年2004年4月20日,一颗名为GP-B的卫星从美国加州范登堡空军基地成功升空。
这颗卫星的使命是测试爱因斯坦在广义相对论中两个重要的预测是否正确。
从卫星升空的那一刻起,等待18至24个月以后,本次实验的结论就会一目了然。
这是一次非凡实验,它关系到整个宇宙学理论基础,甚至全人类时空观念是否得经历一次根本性变革。
与美国宇航局和斯坦福大学大批热切关注GP-B的科学家一样,在大洋彼岸的一隅,有一位年近7旬的中国老人也为GP-B的发射激动不已,这位老人经过数十年的研究,斗胆提出了“爱因斯坦广义相对论导出的基本两个公式全都错了”的结论。
究竟是大名鼎鼎的爱因斯坦正确,还是声名不显的中国老人正确?本次实验结论将为这场“引力理论的大搏斗”画上一个圆满的句号。
这位中国老人叫章钧豪,1936年出生,广东汕头人,1954年从金山中学考入中山大学物理系,毕业后长期从事理论物理研究和教学,退休前任汕头大学物理系主任、教授。
从1980年起,章钧豪就根据国外有关科学观察、实验的结果和最新变化,开始了对引力的理论探索,他以“时空是平直的”为基础,提出了一个新的引力理论———狭义相对论引力理论,其基本公式使用了P、R、C三个符号代表英文缩写的中华人民共和国,以此纪念伟大的祖国,有人称之为“中国公式”。
1990年至1995年间,章钧豪相继在著名的《国际理论物理杂志》发表了5篇论文,比较系统而完整地阐述他在引力方面的理论研究成果。
GP-B(B型引力探测器)卫星从酝酿、研究、制造到发射升空,历时长达45年,耗资7.5亿美元,被美国宇航局前任首席科学家法兰克•麦克唐纳博士称作是“新千年美国宇航局将完成的最富挑战性的实验”。