文档介绍：关于地球椭圆轨道和自旋变化成因的探讨
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(广州毅昌科技研究院广州 510663 E-mail:jiewaimuyu@)
摘要:本文从开普勒定律分析入手,指出牛顿力学体系存在缺陷—物体没有自旋性,不能解释地球运动椭圆轨道形成及其自旋季节性变化这二个基本现象。为此,引入刚体运动平动动能和自旋动能守恒并相互转化,圆满解释了地球椭圆运动和自旋变化这二种现象产生的原因。
关键词:自旋动能、平动动能、动能守恒与转化、圆周运动、椭圆运动
中图分类号:0412 文献标识码:A
0引言
浩瀚的宇宙是人类诞生的空间,美丽的地球是我们生存的家园。人类自诞生之日起曾没有停止对宇宙探索的脚步,但真正引领人类步入宇宙探索新纪元的是哥白尼和开普勒,特别是开普勒,他的行星运动三大定律奠定了现代天文学基础,但三大定律只是对行星运动现象规律的描述,是伽利略运动学的延续,没有涉及“为什么会运动”的问题。牛顿为了解释行星运动为什么会出现三大定律运动现象,将惠更斯的圆周运动公式与开普勒的第三定律融合,推出了万有引力定律;但万有引力定律存在一个缺失,那就是没有考虑行星自旋和银河中心体引力场存在二个重要因素,因此在这种意义上说,牛顿万有引力定律只是一种静态的孤立的力学理论模型。
随着人类探索的不断深入,发现地球不但绕太阳自旋和运动,而且太阳也不是静止不动的,它也在自旋和绕银河中心体运动着,这时牛顿静态力学理论模型就显出很多弊端,如面对地球自旋季节性变化问题就无法给出合理解释。时至今日,我们还在承袭这一静态理论并为此作很多繁琐的论述和推导来弥补这一理论的缺陷。
本文正是想通过扬弃牛顿静态力学理论,引入银河中心体引力场和地球自旋这二个被忽略的因素来尝试性地解释:(1) 为什么地球要绕太阳作椭圆运动而不是圆周运动?(2) 为什么地球自旋速度存在季节性变化?并以此重新审视、理解开普勒定律和万有引力定律。
1 开普勒定律和牛顿万有引力定律
开普勒三定律
行星绕太阳作椭圆运动是由开普勒发现出的,行星运动都必须遵循他的“三大定律
”,因此他也被后人尊称为“天空立法者”。
(1) 椭圆轨道定律:行星绕太阳运动的轨迹为一椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。
(2) 等面积定律:从太阳指向行星的直线在相等时间内扫过的面积相同,即。
(3) 和谐定律:行星运动周期的平方与它长半轴的立方成正比,即。
牛顿万有引力定律
万有引力公式是牛顿将惠更斯的圆周运动公式和开普勒第三定律公式相结合的产物,也就是说牛顿把开普勒的椭圆运动简单化地处理成了惠更斯的圆周运动:
依据开普勒第三定律,可得:
令,则有.
从牛顿万有引力公式推导过程来看,他没有看到银河中心体影响的存在、也没有引入太阳自旋、运动和地球自旋这些重要因素,而是将开普勒椭圆运动看作是半径为椭圆长轴的简单圆周运动(牛顿用半径为的圆代替了椭圆,可称其为牛顿等效圆),如图-1。牛顿万有引力定律描述的行星运动与开普勒描述的行星椭圆运动存在很大差别,万有引力定律是无法真实描述行星椭圆运动状态的,不能解释行星为什么要绕太阳作椭
圆运动而不是圆周运动?更无法解释地球自旋速度季节性变化问题。图-1
2 地球运动的自旋变化现象及目前的解释
目前观测和测量证明:地球自旋速度确实存在季节性变化,即在夏季7、8月份地球自旋表现得比较快,在春季1、2月份则表现得比较慢的特点。
对产生上述现象的原因目前流行的解释是因为高空大气流速存在季节性变化造成的。他们认为:大气是地球的组成部分,如果把大气和地球看作是一个整体时,这个整体的自旋角动量是守恒的。在冬、春季,由于季风变化原因全球大气的角动量会增大,这样固体地球的角动量就必然会减小,从而造成固体地球自旋变慢;反之,在夏、秋季全球大气的角动量会减少,固体地球的角动量就会增加,致使固体地球自旋变快。
仔细分析,上述解释不能让人信服:
(1) 地球大气流速变化的能量来自于太阳光能而不是来自于固体地球,不考虑太阳能量的存在、认为地球自身会产生角动量(即角动能)守恒下的自旋变化岂不违反地球系统能量守恒原则?
(2)大气季风的流速变化是以经向为主而不是以纬向为主。
(3)大气总质量与固体地球相比小得可怜,如此小的质量、当其速度变化时如何能撼动那么庞大的自旋着的地球而让它变慢呢?
由此看来,季风变化改变地球自旋之说存在不合理或者说是不全面性。
3 地球椭圆运动和自旋变化运动现象的新解释
刚体运动简述
牛顿力学是没有自旋的力学,这是它最大的缺陷。依据牛顿力学基本概念建立起来的刚体力学是对牛顿力学的重要补充。
刚体力学研究的主要对象是刚体质心运动和刚体组成质点绕质心转动二部分内容。图-
刚体质心运动的动能是:,刚体绕质心转动的动能是:。一