基本信息
- 项目名称：
- 地球公转计算和软件编写
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本论文简要的介绍了经典力学，狭义相对论，和地球公转等背景知识，并使用经典力学的原理研究了地球公转问题，阐述了轨道计算的基本原理。将两大体系联系在一个，部分证明了相对论的自洽性。论文还利用该原理相对精确地计算了旋转轨道，地球相对太阳的位置，地球公转速度与时间之间的关系。对程序设计进行了详细论述，对程序计算结果了进行了误差分析，并利用计算结果进行了相对论的讨论。经过检验，论文证实了该方法的可行性。
- 详细介绍：
- (一)计算 1． 用经典力学计算地球轨道 质量大小可成比例的二质点, 都在以其共同质心为中心的万有引力场中, 各自沿以其共同质心为焦点的平面椭圆轨道作有心力运动。行星绕日运动应属此类运动。由于太阳质量为地球质量的313 ×105 倍, 近日点向径为147 ×106 km, 远日点向径为152 ×106 km, 故描述地球绕日运动, 可近似取日心坐标系。在太阳系内, 只有太阳及各行星相互间作用的内力, 系外天体对太阳系的外力作用很小, 可略而不计。于是由开普勒第一、第二定律知: 地球公转是在太阳引力场中, 作为一个质点沿以太阳为焦点的平面椭圆轨道运动; 运动的动力只有日地万有引力和地球公转惯性力, 以维持沿平面椭圆轨道的运动, 这种力学状态是在地球作为天体于其形成时就造成了的, 之后一直延续了下来。按开普勒第二定律, 地球呈质点绕日作平面椭圆轨道运动中, 其向径单位时间扫过的面积相等, 因而是变速平面曲线运动。质点沿平面曲线作变速运动的速度v是沿曲线切线方向, 大小和方向随处改变。质点在P点的速度，从而计算出地球相对于太阳的位置，和地球的公转速度，最终得出 ，三者之间的关系 2.简单的狭义相对论公式，在物体静止的参考系 中,测得任一过程进行的时间 ,称为这过程的“固有时”。 由洛伦兹变换, 相对论质量、动量和能量，得到高速运动情形下物体的质量 、动量 和能量 。 3辛普森积分法 （二） 软件程序实现 1． 地球轨道计算软件 2． 简单的相对论计算软件 （三）计算结果与讨论 1． 地球轨道计算： 2． 狭义相对论的讨论，发现地球在夏至点与冬至点的时间之间的关系和地球质量的关系
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 质量大小可成比例的二质点, 都在以其共同质心为中心的万有引力场中, 各自沿以其共同质心为焦点的平面椭圆轨道作有心力运动。行星绕日运动应属此类运动。故描述地球绕日运动, 可近似取日心坐标系。在太阳系内, 只有太阳及各行星相互间作用的内力, 系外天体对太阳系的外力作用很小, 可略而不计。
科学性、先进性及独特之处
- 本论文将经典力学和相对论这两个“不相容”的理论联系在一起，做出以下工作：在经过计算和检验，并进行误差分析。同时，在进行结果的讨论之后，我们发现夏至点的地球质量小于冬至点比例约为夏冬，地球在东至点的时间慢于地球在夏至点，夏冬比例，将时间换算成天数，发现夏至点“地球”与冬至点“地球”每过6.3年差一秒钟！
应用价值和现实意义
- 经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律为解释和预见物理现象，比如解释行星公转、发现天王星、海王星等。太阳直射点的位置是决定地球四季变化的重要原因。此外，地球公转速度也有影响作用，地球过近日点时公转速度很快，过远日点时公转速度慢。因为地球公转对人们的农业，工业乃至地震都有很深刻的影响，故此软件可以让人们更加了解地球的的活动，帮助人们预测未来气候和地壳活动
学术论文摘要
- 地球的公转在人们生活中起着至关重要的作用，本论文简要的介绍了经典力学，狭义相对论，和地球公转等背景知识，并使用经典力学的原理研究了地球公转问题，阐述了轨道计算的基本原理。将两大体系联系在一个，部分证明了相对论的自洽性。论文还利用该原理相对精确地计算了旋转轨道，地球相对太阳的位置，地球公转速度与时间之间的关系。对程序设计进行了详细论述，对程序计算结果了进行了误差分析，并利用计算结果进行了相对论的讨论。经过检验，论文证实了该方法的可行性。
获奖情况
- 山东大学五四优秀论文奖
鉴定结果
- none
参考文献
- 1. 欧安，近200年来全球地震活动与月相及地球自公转的关系分析地壳构造与地壳硬力文集，1（2009） 2. 王云，张济世，近200年来全球地震活动与月相及地球自公转的关系分析，高原地震20,4（2008） 3. 杨园，相对论基本数学方程，北京信息科技大学学报25,2（2010） 4. 华藜，爱因斯坦相对论的根本性修正，前沿科学，4,65（2010） 5. 于全讯，圆形轨道的稳定性，自然科学报，14,4（2009） 6. 曹则贤，时间的沙漏，中科院北京物理研究所。
同类课题研究水平概述
- 同样，由于黄赤交角的存在，除二分日时晨昏线通过两极并平分所有纬线圈外，其它时间，每一纬线圈都被分割成不等长的昼弧和夜弧两部分（赤道除外）。地球自转一周，如果所经历的昼弧长，则白天长；夜弧长，则白昼短。夏季就是一年中白昼最长、正午太阳高度最高的季节。以24节气中的立春、立夏、立秋、立冬为起点。地球在公转轨道上的运行会产生天气和季节的有规律变化，传统农业中农民依此进行农业生产。黄赤交角是影响天文四季的直接原因。这是因为正午太阳高度随纬度分布是：低纬大而高纬小，春秋二分，从赤道向两极递减；夏至日，从北回归线向南北两侧递减；冬至日，从南回归线向南北两侧递减。随季节变化是：北回归线以北，夏至日前后正午太阳高度达最大值，冬至日前后达最小值。南回归线以南则相反。南北回归线之间地带，太阳每年直射两次。 此外，其他研究成果发现对1811～2008年近200年来全球地震活动与月相、日地距离、地球自转速度这三个天文因素的统计分析表明,月相不论与全球地震还是全球大地震之间似乎无统计关系,全球地震的发生与日地距离似乎无统计关系。在对全球M ≥715的大地震进行了统计的实验中,结果表明M ≥715的大地震与地球处于近日点似乎有一定的关系,但关系不太明显。全球除了810 >M ≥710的地震基本上符合发震的自然概率外,在M ≥910、910 >M ≥810、610 >M ≥510、410 >M ≥310这些震级段地震发生的机率在地球自转减速期比较小,在地球自转加速期发生的机率比较大,似乎地球自转速度的变化对全球地震活动有一定的促发作用,但不明显。 爱因斯坦也对地球轨道做过相对论的研究，并提出了狭义相对论和光速不变原理。指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的，而是随着物体的运动而发生变化。狭义相对论认为：物体运动时，质量会随着物体运动速度的增大而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即还会发生尺缩效应和钟慢效应。他在广义相对论提出中，引力是被考虑的主要问题。广义相对论指出：空间和时间不可能离开物质而独立存在，空间结构和性质取决于物质的分布，使人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。广义相对论又被认为是一种引力理论。
