多功能天文科普教學演示裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于輔助教學設備或科普設備。
【背景技術】
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[0002]現有科普或教學中使用的拋物線演示裝置通常過于簡單，功能單一。通常只有滾道、小球與沙盤。只能演示小球脫離滾道后的初速度高低與落點的遠近成正比的關系，以及推理得出發射衛星的原理。其它天文現象無法在上面演示與推理。
【發明內容】
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[0003]本發明的目的是通過本裝置再結合科學推理達到演示與理解多種天文現象，包括:拋射體小球的速度高低與落點的遠近成正比；發射衛星的原理;行星軌道穩定的機制；物體的引力捕獲狀態與非捕獲狀態;遙遠星光的紅移等。
[0004]本裝置包括:機架(9)，固定于機架上的滾道(3)，機架上有高度標尺(I)，小球(2)可沿滾道向下滾落。在遠端有沙盤(或橡皮泥盤)(6)，沙盤上有長度標尺(12)，用以顯示小球落點的遠近。在小球的飛行路線上可以放置阻力塊(4)，阻力塊受到小球的撞擊后可沿下面的滑道向后滑移，滑道外側有長度標尺(10)，用以顯示阻力塊向后滑移的距離。在小球的飛行路線上還有一組用來直觀產生阻力的垂繩(5)，垂繩從一個框架的上端垂下。小球的飛行路線下方放置有向上吹的電風扇(11)。機架上有水準器(8)。機架下方四角處各有一個支腳(7)，其中，一對角線下面的兩個支腳是有螺旋高度調整機構的支腳，它們配合水準器使用可以把裝置調至水平。小球沿滾道滾下，勢能轉化為動能，飛向沙盤。從沙盤中小球的落點印記可知小球飛行的速度。小球從較低處滾下時必然飛行的距離較近，從較高處滾下時必然飛行的距離較遠。在小球的飛行路線上放上阻力塊，阻力塊在小球的撞擊下后退，從后退的距離可知小球脫離滾道時的初速度高低，拿掉阻力塊后小球可飛向沙盤。
[0005]下面結合附圖對本發明的結構以及可以演示與推理的內容作進一步詳細說明。
【附圖說明】
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[0006]附圖是本裝置的側視示意圖。
[0007]這類實驗演示裝置的軌道再高也不可能把小球加速到第一宇宙速度以上，即不可能使飛出去的小球達到環繞地球整圈飛行的衛星狀態。但是，人類是有智慧和有推理能力的生物，可以結合已有的成熟知識與經驗進行科學推理，最終達到證明與理解那些無法完全模擬的現象。例如:理解發射衛星的基本原理。當小球的速度不斷提高時，其落點必然越來越遠。如果大地是平面并且向遠方無限延伸，那么，小球的落點永遠趕不上起點。然而，地球是球形，小球越來越遠的落點終究會超過起點，這樣就形成了小球脫離地面而環繞地球公轉的狀態。由此，達到了通過這種裝置理解衛星可以發射成功的原理。當今，人類早已成功發射了衛星。
[0008]星體之外或星體大氣層之外并非完全真空，也有稀薄的或者少量的實物分子、離子、塵埃以及它們的吸積體或者聚集體，還有星體碰撞后產生的碎塊等。它們對長時間定向公轉與自轉運動的星體必然產生阻力，使行星、彗星、衛星等的速度下降，軌道越來越低，而太陽風對行星、彗星的軌道有抬高作用。本裝置用電風扇模擬太陽風。當用本裝置作演示實驗時，實際上小球在飛行中也必然受到空氣中分子、離子、塵埃等的阻力，但這種阻力難以直觀看到。為了直觀演示，所以，在本裝置中用一組垂繩來模擬各種阻力。小球飛過時掃過這組垂繩，必然受到垂繩的阻力。本裝置中小球相當于行星，地心引力相當于太陽的引力，電風扇向上吹出的風相當于太陽風，這種模擬的太陽風運動的方向應當與小球的飛行方向垂直或接近垂直。當電風扇關閉時，小球必然落在沙盤中較近的地方，當打開電風扇時，再做其它實驗條件相同的實驗，小球的飛行軌道則被抬高一些，下落時勢能轉化為動能從而使總的速度(垂直與切向速度的矢量和)有所提高，小球的落點必然會遠一些。所以，太陽風對行星、彗星也包括小行星的軌道有抬高作用。而塵埃等各種阻力可以降低行星、彗星等的線速度，降速后在萬有引力的作用下行星、彗星的軌道降低。這兩方面是決定行星、彗星軌道的主要原因，另外，行星間的相互攝動等是次要原因。行星的軌道穩定在它受到的降低軌道作用與抬高軌道作用相當(相等)的位置(軌道)上。
[0009]前文提到，這種裝置不可能直接實現發射衛星，只能在此基礎上再加上科學推理來達到理解發射衛星原理的目的。同樣，對于物體脫離太陽系或者其它引力中心捕獲的理解也是通過這種方法。當行星離太陽很遠，或衛星、或小球離地球很遠、或電子離原子核很遠等等，總之，小質量(小引力)物體離大質量(大引力)物體很遠的情況下，兩物體間的萬有引力或其它引力已經很弱。另一方面，任何物體都有運動，宇宙中沒有絕對靜止的物體。運動的原因有內力(內部運動與作用)、萬有引力、其它波子的作用力、以及來自外部其它物體、實物粒子、非實物粒子的碰撞等。當繞中心星公轉的行星除公轉運動外，它向外運動的概率大于向內(中心星方向)運動的概率時，即產生遠離運動。這種狀況的時間足夠長的情況下，原來的行星就會脫離中心星的捕獲，即結束公轉運動狀態(捕獲狀態)進入非捕獲運動狀態(或者稱自由運動狀態)。
[0010]在物體的實際運動中，可能的運動方向是三維空間中的各個方向，具體方向的數量無法計數。但為了分析與認識上的簡化，理論上通常把可能的運動方向分成三維即六個方向的坐標，這六個方向是:向內、向外、向上、向下、向左、向右。如果我們把兩個物體接近的方向定義為向內，那么，向外(向內的反方向)則是遠離，其余四個方向則是切線方向。對兩個物體而言，當小質量(小引力)物體繞大質量(大引力)物體公轉時，大質量物體引力的任一等勢面都是球殼形或接近球殼形。任一等勢面球殼上的任意一條弧線都是向內彎曲的，即向大質量物體方向彎曲。在兩次碰撞或受力之間，物體通常是勻速直線運動。小質量物體在大質量物體引力的任一等勢面上作一段直線運動時，只有向內運動這個方向是使兩者接近，其余五個方向都是使兩者遠離，即小質量物體逃出原等勢面向外。在物體的實際運動中，任意一段勻速直線運動都不可能是無限短，除了向