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“公转周期和自转周期可以相同”的数学验证

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以下给出“公转周期和自转周期可以相同”的数学验证,虽然只是验证而非证明,但只要稍做变动亦可成为证明。
事实上,鄙人在争论一开始时,就应该给出这个验证。但由于鄙人很怕在电脑上作图,所以没有做。
第一步:

图1
红色盘是一密度均匀的圆盘(以下简称盘O),圆心为O,盘上一点C距圆心O的半径为1m。盘O或者无自转,或者匀速自转,在自转的情况下,它的自转轴一定是O。盘O可以在平面上平移。 Vo为点O在某一时刻(t0)的速度,Vc为C点在同一时刻的速度。
Vo和Vc方向相同并且平行。
问题1:
设Vo = 0 m/s, Vc = 0.628 m/s。问,此时盘O有没有自转?自转周期是多少?答:
此时盘O有自转,Vc即为C点的线速度。它的自转周期为:
T = 2πr / Vc = 2 * 3.14 * 1 / 0.628 = 10 s
盘O的自转周期为 10秒。
第二步:

同图1
问题2:
设盘O向右做匀速直线运动,速度为5.652m/s,某一时刻,Vo = 5.652m/s, Vc = 6.28 m/s。问,此时盘O有没有自转?如果有,自转周期是多少?
答:
此时Vo即为盘O作匀速直线运动的速度,此时盘O有自转。它自转时,C点的线速度为Vc-Vo = 0.628m/s。由此,盘O的自转周期为:
T = 2πr / Vc = 2 * 3.14 * 1 / 0.628 = 10 s
第三步:

图2
把问题2推广到一般情形,某一时刻O点的速度为Vo,C点的速度为Vc。把它们分解
Vo在y轴上的速度为Voy,在x轴上的速度为Vox
Vc在y轴上的速度为Vcy,在x轴上的速度为Vcx
有以下关系:
Voy = Vcy
Vcx - Vox 是盘O自转时C点的线速度。
Voy是盘O在y轴上的移动速度,Vox是盘O在x轴上的移动速度。
若 Vcx - Vox = 0.628 ,则盘O的自转周期仍为 10s
第四步:

图3
盘O绕平面上一点O1匀速公转,半径为R(R未知,可能是2米,也可能是一光年)。已知某一时刻,Vo = 5.652 m/s,Vc = 6.28 m/s。
问题3:
此时盘O有没有自转?自转周期是多少?
答:
C点的线速度为Vc-Vo = 0.628m/s。由此,盘O的自转周期为:
T = 2πr / Vc = 2 * 3.14 * 1 / 0.628 = 10 s
第五步:

图3
盘O绕平面上一点O1匀速公转,半径为R(R = 9m)。已知某一时刻,Vo = 5.652 m/s,Vc = 6.28 m/s。
问题3:
此时盘O有没有自转?自转周期是多少?盘O绕O1点的公转周期是多少?
答:
C点的线速度为Vc-Vo = 0.628m/s。由此,盘O的自转周期为:
T = 2πr / Vc = 2 * 3.14 * 1 / 0.628 = 10 s
Vo即为盘O绕O1点公转时的线速度,由此,盘O的公转周期为:
T = 2πr / Vo = 2 * 3.14 * 9 / 5.652 = 10 s
结论:
盘O的自转周期和公转周期同为10秒,即是说,盘O公转一周,同时自转一周。并且此时,盘O总以一面对着公转圆心。
对验证的一点说明:
一、这是一个环环相扣的验证,中间的任一步不成立,则结果不成立。
二、这样做是把问题分解,以看到问题的实质。
三、欢迎指出这个验证的错误(如果有)之处,但前提是你真正看懂了。


IP属地:安徽1楼2012-08-18 16:31回复
    再一点说明:第三步是在第二步的基础上把盘O的运动推广到一般情形,这一步更简单的是运用微分方法。


    IP属地:安徽2楼2012-08-18 17:02
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      2025-05-28 16:49:41
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      已做实验,完全符合你的理论预期


      IP属地:湖北来自iPhone客户端3楼2012-08-18 17:46
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        首先,以后画图别用红色的好吗?看得都要吐了。
        忍住,又看一遍,果然有问题,不是计算或物理问题,是语文问题。
        请看:
        “第二步 问题2:设盘O向右做匀速直线运动,速度为5.652m/s,某一时刻,”
        “第三步:图2,把问题2推广到一般情形,某一时刻O点的速度为Vo”
        第四步、第五步都一样,全部是“某一时刻”!
        请教楼主这个某一时刻究竟是不是结论里的:“并且此时,盘O总以一面对着公转圆心。”呢?
        1、如果是,那我支持你!并且结论应该改为“并且此时,盘O以这一面对着公转圆心。”
        2、如果不是,那么结果不成立。

        


        IP属地:福建4楼2012-08-18 23:30
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          事实上,发这个帖子时,鄙人是一边和朋友QQ聊天,一边作图一边写验证过程的。当时,就意识到 @帝国游侠cj 在4楼所说的两个问题,但我想,他总要思考一下,问题一只是坐标系选取的问题,问题二在帖子 http://tieba.baidu.com/p/1796472605 中早已谈到。他应该不至于还拿来当作推翻我的验证的武器,哪知道,俺还是错了!


          IP属地:安徽6楼2012-08-19 14:40
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            为了说明从“某一时刻”到“任一时刻”的推导,鄙人费点力气,再画一个图:

            这不是明摆着的事吗?实在想像不出来,你把纸转个角度也看明白了啊?
            以后对于这种浅显而又要画图说明的“问题”,恕鄙人不再回复了,自己画一下看看……


            IP属地:安徽7楼2012-08-19 15:04
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              第二步:

              “问题2:设盘O向右做匀速直线运动,速度为5.652m/s,某一时刻,Vo = 5.652m/s, Vc = 6.28 m/s。”
              c点转180度有一个c2点,线速度一样但方向相反啊!
              线速度=半径*角速度,vc就是c点的线速度,它与o点的直线速度有关系吗?
              周期t=2πr/vc 周期不会随着o点的平移速度变化而变化,也就是说vc不受vo的影响。
              为什么C点的线速度你要用Vc-Vo = 0.628m/s。呢?
              在图示这一刻瞬间:vo与vc朝向相同,这一刻可视为两者都是做匀速直线运动。按你的数据速度说法o与c的速度就不同了。
              ==============
              第五步:

              图3
              盘O绕平面上一点O1匀速公转,半径为R(R = 9m)。已知某一时刻,Vo = 5.652 m/s,Vc = 6.28 m/s。
              答:
              C点的线速度为Vc = 6.28 m/s。由此,盘O的自转周期为:1s
              Vo即为盘O绕O1点公转时的线速度,由此,盘O的公转周期为:
              T = 2πr / Vo = 2 * 3.14 * 9 / 5.652 = 10 s
              这么看,就是说,公转自转周期不同。也就是公转1周的10秒内,自转了10周。那么就有10次出现楼主原文的“某一刻”。
              所以我会问:楼主这个某一时刻究竟是不是结论里的:“并且此时,盘O总以一面对着公转圆心。”呢?
              但是既然楼主将它改为“任何时刻”,那么结论也就不成立了!
              


              IP属地:福建8楼2012-08-19 17:09
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                得,既然你认为动圆的直线运动速度会影响动圆的自转速度,那我也不和不你谈了。根本不在一个档次上,以后请不要回我的帖子,谢谢。


                IP属地:福建9楼2012-08-19 17:36
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                  2025-05-28 16:43:41
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                  哟,俺好象是“自食其言”了啊


                  IP属地:安徽10楼2012-08-29 19:03
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                    这个数学验证无懈可击!吧主在外头兜了几圈找不到反驳的破绽!提都不敢提这里。


                    来自手机贴吧11楼2012-08-30 21:34
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