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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 地球公轉(zhuǎn)計(jì)算和軟件編寫
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 本論文簡(jiǎn)要的介紹了經(jīng)典力學(xué)，狹義相對(duì)論，和地球公轉(zhuǎn)等背景知識(shí)，并使用經(jīng)典力學(xué)的原理研究了地球公轉(zhuǎn)問題，闡述了軌道計(jì)算的基本原理。將兩大體系聯(lián)系在一個(gè)，部分證明了相對(duì)論的自洽性。論文還利用該原理相對(duì)精確地計(jì)算了旋轉(zhuǎn)軌道，地球相對(duì)太陽(yáng)的位置，地球公轉(zhuǎn)速度與時(shí)間之間的關(guān)系。對(duì)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述，對(duì)程序計(jì)算結(jié)果了進(jìn)行了誤差分析，并利用計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了相對(duì)論的討論。經(jīng)過檢驗(yàn)，論文證實(shí)了該方法的可行性。
- 詳細(xì)介紹：
- (一)計(jì)算 1． 用經(jīng)典力學(xué)計(jì)算地球軌道 質(zhì)量大小可成比例的二質(zhì)點(diǎn), 都在以其共同質(zhì)心為中心的萬(wàn)有引力場(chǎng)中, 各自沿以其共同質(zhì)心為焦點(diǎn)的平面橢圓軌道作有心力運(yùn)動(dòng)。行星繞日運(yùn)動(dòng)應(yīng)屬此類運(yùn)動(dòng)。由于太陽(yáng)質(zhì)量為地球質(zhì)量的313 ×105 倍, 近日點(diǎn)向徑為147 ×106 km, 遠(yuǎn)日點(diǎn)向徑為152 ×106 km, 故描述地球繞日運(yùn)動(dòng), 可近似取日心坐標(biāo)系。在太陽(yáng)系內(nèi), 只有太陽(yáng)及各行星相互間作用的內(nèi)力, 系外天體對(duì)太陽(yáng)系的外力作用很小, 可略而不計(jì)。于是由開普勒第一、第二定律知: 地球公轉(zhuǎn)是在太陽(yáng)引力場(chǎng)中, 作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)沿以太陽(yáng)為焦點(diǎn)的平面橢圓軌道運(yùn)動(dòng); 運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力只有日地萬(wàn)有引力和地球公轉(zhuǎn)慣性力, 以維持沿平面橢圓軌道的運(yùn)動(dòng), 這種力學(xué)狀態(tài)是在地球作為天體于其形成時(shí)就造成了的, 之后一直延續(xù)了下來(lái)。按開普勒第二定律, 地球呈質(zhì)點(diǎn)繞日作平面橢圓軌道運(yùn)動(dòng)中, 其向徑單位時(shí)間掃過的面積相等, 因而是變速平面曲線運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)沿平面曲線作變速運(yùn)動(dòng)的速度v是沿曲線切線方向, 大小和方向隨處改變。質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的速度，從而計(jì)算出地球相對(duì)于太陽(yáng)的位置，和地球的公轉(zhuǎn)速度，最終得出 ，三者之間的關(guān)系 2.簡(jiǎn)單的狹義相對(duì)論公式，在物體靜止的參考系 中,測(cè)得任一過程進(jìn)行的時(shí)間 ,稱為這過程的“固有時(shí)”。 由洛倫茲變換, 相對(duì)論質(zhì)量、動(dòng)量和能量，得到高速運(yùn)動(dòng)情形下物體的質(zhì)量 、動(dòng)量 和能量 。 3辛普森積分法 （二） 軟件程序?qū)崿F(xiàn) 1． 地球軌道計(jì)算軟件 2． 簡(jiǎn)單的相對(duì)論計(jì)算軟件 （三）計(jì)算結(jié)果與討論 1． 地球軌道計(jì)算： 2． 狹義相對(duì)論的討論，發(fā)現(xiàn)地球在夏至點(diǎn)與冬至點(diǎn)的時(shí)間之間的關(guān)系和地球質(zhì)量的關(guān)系
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 質(zhì)量大小可成比例的二質(zhì)點(diǎn), 都在以其共同質(zhì)心為中心的萬(wàn)有引力場(chǎng)中, 各自沿以其共同質(zhì)心為焦點(diǎn)的平面橢圓軌道作有心力運(yùn)動(dòng)。行星繞日運(yùn)動(dòng)應(yīng)屬此類運(yùn)動(dòng)。故描述地球繞日運(yùn)動(dòng), 可近似取日心坐標(biāo)系。在太陽(yáng)系內(nèi), 只有太陽(yáng)及各行星相互間作用的內(nèi)力, 系外天體對(duì)太陽(yáng)系的外力作用很小, 可略而不計(jì)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本論文將經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論這兩個(gè)“不相容”的理論聯(lián)系在一起，做出以下工作：在經(jīng)過計(jì)算和檢驗(yàn)，并進(jìn)行誤差分析。同時(shí)，在進(jìn)行結(jié)果的討論之后，我們發(fā)現(xiàn)夏至點(diǎn)的地球質(zhì)量小于冬至點(diǎn)比例約為夏冬，地球在東至點(diǎn)的時(shí)間慢于地球在夏至點(diǎn)，夏冬比例，將時(shí)間換算成天數(shù)，發(fā)現(xiàn)夏至點(diǎn)“地球”與冬至點(diǎn)“地球”每過6.3年差一秒鐘！
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 經(jīng)典力學(xué)建立的標(biāo)志是牛頓確立的萬(wàn)有引力定律和運(yùn)動(dòng)三大定律為解釋和預(yù)見物理現(xiàn)象，比如解釋行星公轉(zhuǎn)、發(fā)現(xiàn)天王星、海王星等。太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置是決定地球四季變化的重要原因。此外，地球公轉(zhuǎn)速度也有影響作用，地球過近日點(diǎn)時(shí)公轉(zhuǎn)速度很快，過遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)公轉(zhuǎn)速度慢。因?yàn)榈厍蚬D(zhuǎn)對(duì)人們的農(nóng)業(yè)，工業(yè)乃至地震都有很深刻的影響，故此軟件可以讓人們更加了解地球的的活動(dòng)，幫助人們預(yù)測(cè)未來(lái)氣候和地殼活動(dòng)
學(xué)術(shù)論文摘要
- 地球的公轉(zhuǎn)在人們生活中起著至關(guān)重要的作用，本論文簡(jiǎn)要的介紹了經(jīng)典力學(xué)，狹義相對(duì)論，和地球公轉(zhuǎn)等背景知識(shí)，并使用經(jīng)典力學(xué)的原理研究了地球公轉(zhuǎn)問題，闡述了軌道計(jì)算的基本原理。將兩大體系聯(lián)系在一個(gè)，部分證明了相對(duì)論的自洽性。論文還利用該原理相對(duì)精確地計(jì)算了旋轉(zhuǎn)軌道，地球相對(duì)太陽(yáng)的位置，地球公轉(zhuǎn)速度與時(shí)間之間的關(guān)系。對(duì)程序設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述，對(duì)程序計(jì)算結(jié)果了進(jìn)行了誤差分析，并利用計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了相對(duì)論的討論。經(jīng)過檢驗(yàn)，論文證實(shí)了該方法的可行性。
獲獎(jiǎng)情況
- 山東大學(xué)五四優(yōu)秀論文獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- none
參考文獻(xiàn)
- 1. 歐安，近200年來(lái)全球地震活動(dòng)與月相及地球自公轉(zhuǎn)的關(guān)系分析地殼構(gòu)造與地殼硬力文集，1（2009） 2. 王云，張濟(jì)世，近200年來(lái)全球地震活動(dòng)與月相及地球自公轉(zhuǎn)的關(guān)系分析，高原地震20,4（2008） 3. 楊園，相對(duì)論基本數(shù)學(xué)方程，北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)25,2（2010） 4. 華藜，愛因斯坦相對(duì)論的根本性修正，前沿科學(xué)，4,65（2010） 5. 于全訊，圓形軌道的穩(wěn)定性，自然科學(xué)報(bào)，14,4（2009） 6. 曹則賢，時(shí)間的沙漏，中科院北京物理研究所。
同類課題研究水平概述
- 同樣，由于黃赤交角的存在，除二分日時(shí)晨昏線通過兩極并平分所有緯線圈外，其它時(shí)間，每一緯線圈都被分割成不等長(zhǎng)的晝弧和夜弧兩部分（赤道除外）。地球自轉(zhuǎn)一周，如果所經(jīng)歷的晝弧長(zhǎng)，則白天長(zhǎng)；夜弧長(zhǎng)，則白晝短。夏季就是一年中白晝最長(zhǎng)、正午太陽(yáng)高度最高的季節(jié)。以24節(jié)氣中的立春、立夏、立秋、立冬為起點(diǎn)。地球在公轉(zhuǎn)軌道上的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生天氣和季節(jié)的有規(guī)律變化，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中農(nóng)民依此進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。黃赤交角是影響天文四季的直接原因。這是因?yàn)檎缣?yáng)高度隨緯度分布是：低緯大而高緯小，春秋二分，從赤道向兩極遞減；夏至日，從北回歸線向南北兩側(cè)遞減；冬至日，從南回歸線向南北兩側(cè)遞減。隨季節(jié)變化是：北回歸線以北，夏至日前后正午太陽(yáng)高度達(dá)最大值，冬至日前后達(dá)最小值。南回歸線以南則相反。南北回歸線之間地帶，太陽(yáng)每年直射兩次。 此外，其他研究成果發(fā)現(xiàn)對(duì)1811～2008年近200年來(lái)全球地震活動(dòng)與月相、日地距離、地球自轉(zhuǎn)速度這三個(gè)天文因素的統(tǒng)計(jì)分析表明,月相不論與全球地震還是全球大地震之間似乎無(wú)統(tǒng)計(jì)關(guān)系,全球地震的發(fā)生與日地距離似乎無(wú)統(tǒng)計(jì)關(guān)系。在對(duì)全球M ≥715的大地震進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中,結(jié)果表明M ≥715的大地震與地球處于近日點(diǎn)似乎有一定的關(guān)系,但關(guān)系不太明顯。全球除了810 >M ≥710的地震基本上符合發(fā)震的自然概率外,在M ≥910、910 >M ≥810、610 >M ≥510、410 >M ≥310這些震級(jí)段地震發(fā)生的機(jī)率在地球自轉(zhuǎn)減速期比較小,在地球自轉(zhuǎn)加速期發(fā)生的機(jī)率比較大,似乎地球自轉(zhuǎn)速度的變化對(duì)全球地震活動(dòng)有一定的促發(fā)作用,但不明顯。 愛因斯坦也對(duì)地球軌道做過相對(duì)論的研究，并提出了狹義相對(duì)論和光速不變?cè)怼Ｖ赋隽藭r(shí)間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對(duì)不變的，而是隨著物體的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化。狹義相對(duì)論認(rèn)為：物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增加，同時(shí)，空間和時(shí)間也會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，即還會(huì)發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。他在廣義相對(duì)論提出中，引力是被考慮的主要問題。廣義相對(duì)論指出：空間和時(shí)間不可能離開物質(zhì)而獨(dú)立存在，空間結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類進(jìn)一步深化了對(duì)時(shí)間、空間和引力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。廣義相對(duì)論又被認(rèn)為是一種引力理論。
