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[flash]http://www.swfcabin.com/swf-files/1400417192.swf[/flash]
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做这个动画的原因有两个,一个是上周被人问起火箭发射与卫星椭圆轨道,没答出来。另一个是下周要讲势能和机械能守恒了,卫星的势能和机械能转换应该属于一个难点,至少我当年是学得很头痛的。做个动画出来,或许能帮助自己更深入理解教学内容,顺便练练手。
上面的是动画,下面只有图片。
一颗行星和他的四颗卫星,前人真的很不简单,只是记录星星的位置就推断出了他们的运动规律,这该是多么的闲得无聊啊。
蓝色箭头表示重力,箭头长度是与半径平方成反比的
绿色箭头表示速度,箭头长度是与半径的平方根成反比,所以随着半径的增加,衰减速度明显比引力慢得多。
加上轨迹以后,或许不会有一种到处乱飞的错觉了。
一颗椭圆轨迹的卫星,黑色的是向心力方向,垂直于速度,与引力方向不同。此时应该在做加速运动,只考虑引力的话加速度应该是不断增加的,至少法向加速度是不断增加的,但切向加速度又在不断减小,具体的物理过程分析起来很麻烦。主要是让学生观察运动过程中速度、引力、向心力的变化。我没有严格推导出速度、向心力的表达式,只是估计了最大值最小值然后做了个近似的模拟,如果想看个粗糙的结果,线性模拟和乘幂模拟其实都差不多。毕竟这也不是那种很变态的如Sin[1/x]之类的。
一颗注定要坠落的火箭,黑色的是向心力方向,此时在做减速运动。只考虑引力的话加速度大小应该在逐渐减小,法向加速度肯定是不断减小的。切向加速度应该也在不断减小,或许是先增加再减小,没有计算不清楚极值点在哪里。
红色的火箭这时如果抛弃掉一部分质量,利用动量守恒,也许能使自己顶部的卫星跳跃到蓝色的轨道上,然后一直转动下去。多级火箭应该就是用的这种原理。
整体看上去还是有些杂乱。上传后才发现文字里面关于v的变化似乎有讨论的余地,应该考虑v与引力垂直的分量而不是v本身。如果懒得做分量的话,一个椭圆就只有两个点可以用来判断了。
上图是用几何画板做的,很精准,很方便,但是互动性没有flash好,可能是我还不够精通吧。
这次的心得有:
1.如果不需要用for,做直线时还是不要加this了,不然用按钮处理一个this时,另一个也会受到影响。直接在变量名上打引号好了,还可以用._x之类的,更加方便。
2.文件名、变量不要用数字开头
3.Word的公式编辑器不能改字体颜色,几何画板的公式不知道该怎么放大,Mathematica的公式字体太丑了,而且粘贴到flash里居然会是个反的。flash可以改颜色,可以放大缩小,可以改变字体,但没有根号、积分符号等,得自己手画。
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GMT+8, 2024-12-23 23:33
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