基本信息
- 項目名稱：
- 地球公轉計算和軟件編寫
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本論文簡要的介紹了經(jīng)典力學，狹義相對論，和地球公轉等背景知識，并使用經(jīng)典力學的原理研究了地球公轉問題，闡述了軌道計算的基本原理。將兩大體系聯(lián)系在一個，部分證明了相對論的自洽性。論文還利用該原理相對精確地計算了旋轉軌道，地球相對太陽的位置，地球公轉速度與時間之間的關系。對程序設計進行了詳細論述，對程序計算結果了進行了誤差分析，并利用計算結果進行了相對論的討論。經(jīng)過檢驗，論文證實了該方法的可行性。
- 詳細介紹：
- (一)計算 1． 用經(jīng)典力學計算地球軌道 質(zhì)量大小可成比例的二質(zhì)點, 都在以其共同質(zhì)心為中心的萬有引力場中, 各自沿以其共同質(zhì)心為焦點的平面橢圓軌道作有心力運動。行星繞日運動應屬此類運動。由于太陽質(zhì)量為地球質(zhì)量的313 ×105 倍, 近日點向徑為147 ×106 km, 遠日點向徑為152 ×106 km, 故描述地球繞日運動, 可近似取日心坐標系。在太陽系內(nèi), 只有太陽及各行星相互間作用的內(nèi)力, 系外天體對太陽系的外力作用很小, 可略而不計。于是由開普勒第一、第二定律知: 地球公轉是在太陽引力場中, 作為一個質(zhì)點沿以太陽為焦點的平面橢圓軌道運動; 運動的動力只有日地萬有引力和地球公轉慣性力, 以維持沿平面橢圓軌道的運動, 這種力學狀態(tài)是在地球作為天體于其形成時就造成了的, 之后一直延續(xù)了下來。按開普勒第二定律, 地球呈質(zhì)點繞日作平面橢圓軌道運動中, 其向徑單位時間掃過的面積相等, 因而是變速平面曲線運動。質(zhì)點沿平面曲線作變速運動的速度v是沿曲線切線方向, 大小和方向隨處改變。質(zhì)點在P點的速度，從而計算出地球相對于太陽的位置，和地球的公轉速度，最終得出 ，三者之間的關系 2.簡單的狹義相對論公式，在物體靜止的參考系 中,測得任一過程進行的時間 ,稱為這過程的“固有時”。 由洛倫茲變換, 相對論質(zhì)量、動量和能量，得到高速運動情形下物體的質(zhì)量 、動量 和能量 。 3辛普森積分法 （二） 軟件程序?qū)崿F(xiàn) 1． 地球軌道計算軟件 2． 簡單的相對論計算軟件 （三）計算結果與討論 1． 地球軌道計算： 2． 狹義相對論的討論，發(fā)現(xiàn)地球在夏至點與冬至點的時間之間的關系和地球質(zhì)量的關系
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, 都在以其共同質(zhì)心為中心的萬有引力場中, 各自沿以其共同質(zhì)心為焦點的平面橢圓軌道作有心力運動。行星繞日運動應屬此類運動。故描述地球繞日運動, 可近似取日心坐標系。在太陽系內(nèi), 只有太陽及各行星相互間作用的內(nèi)力, 系外天體對太陽系的外力作用很小, 可略而不計。
科學性、先進性及獨特之處
- 本論文將經(jīng)典力學和相對論這兩個“不相容”的理論聯(lián)系在一起，做出以下工作：在經(jīng)過計算和檢驗，并進行誤差分析。同時，在進行結果的討論之后，我們發(fā)現(xiàn)夏至點的地球質(zhì)量小于冬至點比例約為夏冬，地球在東至點的時間慢于地球在夏至點，夏冬比例，將時間換算成天數(shù)，發(fā)現(xiàn)夏至點“地球”與冬至點“地球”每過6.3年差一秒鐘！
應用價值和現(xiàn)實意義
- 經(jīng)典力學建立的標志是牛頓確立的萬有引力定律和運動三大定律為解釋和預見物理現(xiàn)象，比如解釋行星公轉、發(fā)現(xiàn)天王星、海王星等。太陽直射點的位置是決定地球四季變化的重要原因。此外，地球公轉速度也有影響作用，地球過近日點時公轉速度很快，過遠日點時公轉速度慢。因為地球公轉對人們的農(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，幫助人們預測未來氣候和地殼活動
學術論文摘要
- 地球的公轉在人們生活中起著至關重要的作用，本論文簡要的介紹了經(jīng)典力學，狹義相對論，和地球公轉等背景知識，并使用經(jīng)典力學的原理研究了地球公轉問題，闡述了軌道計算的基本原理。將兩大體系聯(lián)系在一個，部分證明了相對論的自洽性。論文還利用該原理相對精確地計算了旋轉軌道，地球相對太陽的位置，地球公轉速度與時間之間的關系。對程序設計進行了詳細論述，對程序計算結果了進行了誤差分析，并利用計算結果進行了相對論的討論。經(jīng)過檢驗，論文證實了該方法的可行性。
獲獎情況
- 山東大學五四優(yōu)秀論文獎
鑒定結果
- none
參考文獻
- 1. 歐安，近200年來全球地震活動與月相及地球自公轉的關系分析地殼構造與地殼硬力文集，1（2009） 2. 王云，張濟世，近200年來全球地震活動與月相及地球自公轉的關系分析，高原地震20,4（2008） 3. 楊園，相對論基本數(shù)學方程，北京信息科技大學學報25,2（2010） 4. 華藜，愛因斯坦相對論的根本性修正，前沿科學，4,65（2010） 5. 于全訊，圓形軌道的穩(wěn)定性，自然科學報，14,4（2009） 6. 曹則賢，時間的沙漏，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，除二分日時晨昏線通過兩極并平分所有緯線圈外，其它時間，每一緯線圈都被分割成不等長的晝弧和夜弧兩部分（赤道除外）。地球自轉一周，如果所經(jīng)歷的晝弧長，則白天長；夜弧長，則白晝短。夏季就是一年中白晝最長、正午太陽高度最高的季節(jié)。以24節(jié)氣中的立春、立夏、立秋、立冬為起點。地球在公轉軌道上的運行會產(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。這是因為正午太陽高度隨緯度分布是：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遞減；冬至日，從南回歸線向南北兩側遞減。隨季節(jié)變化是：北回歸線以北，夏至日前后正午太陽高度達最大值，冬至日前后達最小值。南回歸線以南則相反。南北回歸線之間地帶，太陽每年直射兩次。 此外，其他研究成果發(fā)現(xiàn)對1811～2008年近200年來全球地震活動與月相、日地距離、地球自轉速度這三個天文因素的統(tǒng)計分析表明,月相不論與全球地震還是全球大地震之間似乎無統(tǒng)計關系,全球地震的發(fā)生與日地距離似乎無統(tǒng)計關系。在對全球M ≥715的大地震進行了統(tǒng)計的實驗中,結果表明M ≥715的大地震與地球處于近日點似乎有一定的關系,但關系不太明顯。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這些震級段地震發(fā)生的機率在地球自轉減速期比較小,在地球自轉加速期發(fā)生的機率比較大,似乎地球自轉速度的變化對全球地震活動有一定的促發(fā)作用,但不明顯。 愛因斯坦也對地球軌道做過相對論的研究，并提出了狹義相對論和光速不變原理。指出了時間、空間和物體的質(zhì)量不是絕對不變的，而是隨著物體的運動而發(fā)生變化。狹義相對論認為：物體運動時，質(zhì)量會隨著物體運動速度的增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即還會發(fā)生尺縮效應和鐘慢效應。他在廣義相對論提出中，引力是被考慮的主要問題。廣義相對論指出：空間和時間不可能離開物質(zhì)而獨立存在，空間結構和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，使人類進一步深化了對時間、空間和引力現(xiàn)象的認識。廣義相對論又被認為是一種引力理論。
