《大自然寻真》

第16章  有关星球自转力学原理的实验-1

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16.1  以往有关星球自转力学原理的实验

    为了理解大气运动与地球自转的关系，过去已经有人做过流体转动实验。实验结果认为垂直稳定转动流体最后都同步稳定转动，整体转动与流体内部的微观流动之间再无任何能量传递和转换，也即彼此达到所谓“动态平衡”。

    大气科学长期应用了这一结论解释大气环流现象，认为地球自转是匀速的，大气层已经与地球自转达到动态平衡，地球本体与大气之间再无能量的相互传递和转换，目前的大气环流是太阳热力影响才造成的。然而，实际的大气环流在本质上与流体转动实验完全不同，将上述实验结论直接套用于解释星球尺度的大气环流，其结果就完全掩盖了真实大气运动的本质，只看到太阳热力这个外因，却完全忽视了地球自转和地下热能对大气环流的根本影响因素（对地球自转只考虑了地转偏向力会改变运动方向而不考虑能量上的影响）。这就是说，以往的流体转动实验不仅没能帮助发现星球自转力学原理，反而从根本上影响到人们对于流体性质的星球自转力学效应产生了错误的看法，进而也就严重地影响了人们对整个大自然（包括宇宙、天文、地球、海洋、大气）的正确认识。实际上，过去对整个大自然宏观世界的大多数重要现象的成因，不是一无所知就是认识有误，说到底，就是因为缺乏了星球自转力学原理的指导。问题的关键，正是以往人们对上述的微型流体转动实验缺乏做出本质的分析和理解，又首先错误地套用于解释大气环流问题，从而就影响了人们对星球自转力学原理的发现所造成的。实际上，星球自转力学原理是无法用人工实验给予证明的，人工实验只会对该原理起到了捂盖作用。

16.2  笔者做过的相类似实验

    笔者不容易找到前人有关流体转动实验的具体资料，考虑到该实验影响作用的巨大和深远，为了亲身体验并获取第一手资料，以便追根溯源，寻找症结所在，也好让大众对该实验有个更具体的了解，自己便在自我研制的同一个装置上做了下列两次有关流体垂直转动的实验。

实验1：匀速转动流体实验

  ①实验日期：2007年6月8日

  ②实验目的：观察流体在匀速转动圆缸内的运动规律

  ③实验装置：如彩图16.2

    ⒈一个能匀速又可变速的，绕垂直轴转动的电动转台，可在0转/分钟，至10转/分钟之间任意调变。

    ⒉一个直径40厘米，底部为半圆球形的玻璃缸，内壁底部直径20厘米范围内高低不平，如地形模样。将圆缸固定置放在转动圆台上。

    ⒊在圆缸内注入满半球的无色透明流体（可用清水）。

    ⒋在流体中加入相当数量的，颜色便于观察的悬浮颗粒（本实验用黑色颗粒，颗粒的密度与水的密度基本相同）。

  ④操作步骤：启动转台，然后按⑤的要求调节转速、观察流体运动变化、计算时间和进行记录。

  ⑤实验记录表：见表16.2-1

  ⑥分析：用不同转速做了5次实验，所出现的普遍现象是：⒈容器加速时流体随之加速，在加速过程中，缸底颗粒从中心沿缸底辐散移向周围，液面颗粒则从缸边向中心汇集；⒉一定时间后颗粒与容器之间趋于相对静止，即流体与容器保持同步转动。

显然，⒈的情况是由于流体与容器之间存在着相互摩擦，从而使转动容器与流体之间有动能相互传递所造成的；⒉的情况是因流体从容器得到的动能无外传，故不能再从容器得到能量而只保持了与容器的相对静止。

  ⑦结论：得出与前人实验相同的结论──在容器稳定匀速绕垂直轴转动的情况下，流体和容器最终处于整体同步转动的状态，即动态平衡状态。

      表16.2-1： 实验1  匀速转动流体实验记录表

次 数	容器初始转速 和流体状态	容器转动 调变到新 的转速	经过多 少时间	流体终局状态
1	全静止	2转/分钟	12分钟	流体与容器相对静止，即与容器保持同步转动。
2	容器2转/分钟， 流体与容器相对静止。	4转/分钟	10分钟	同上
3	容器4转/分钟， 流体与容器相对静止。	6转/分钟	8分钟	同上
4	容器6转/分钟， 流体与容器相对静止。	8转/分钟	6分钟	同上
5	容器8转/分钟， 流体与容器相对静止。	10转/分钟	5分钟	同上

实验2：变速转动流体实验

  ①实验日期：2007年6月9日

  ②实验目的：观察流体在变速转动圆缸内的运动规律

  ③实验装置：同实验1

  ④操作步骤：同实验1

  ⑤实验记录表：见表16.2-2             （ ⑥、⑦ 请见第2部分）

        表16.2-2： 实验2  变速转动流体实验记录表

次 数	流体初始稳定转 速	在10-20秒钟内调机至新的转速	流体达到新稳定转速需要多少时间	在加速过程中 流体的运动变化	反方向对应操作， 减速至初始转速的过 程中流体的运动变化
1	1转/分钟	2转/分钟	10分钟	缸底面颗粒较快速、较大幅度向容器旋转的相反方向，并向四周方向移动；液面颗粒略向中心汇集。	缸底面颗粒较快速、较大幅度超前于容器旋转向前，并向中心汇集；液面颗粒从中心略向四周散开。
2	5转/分钟	6转/分钟	6分钟	缸底面颗粒较明显向容器旋转的相反方向，并向四周方向移动；液面颗粒略向中心挤靠。	缸底面颗粒较明显超前于容器旋转向前，并向中心汇集；液面颗粒从中心略向四周散开。
3	9转/分钟	10转/分钟	4分钟	缸底面颗粒小幅度向容器旋转的相反方向，并向四周方向移动；液面颗粒微弱向中心挤靠。	缸底面颗粒小幅度超前于容器旋转向前，并向中心汇集；液面颗粒从中心向四周微弱散开。
4	0转/分钟 即全静止	5转/分钟	15分钟	首先，缸底面颗粒快速向容器旋转的相反方向，并向四周方向移动。然后，液面颗粒逐渐缓慢从缸边向中心汇集。	首先缸底面颗粒快速超前于容器旋转向前，并向中心汇集；中心颗粒上升。随后，液面颗粒从中心完全散开到整个液面。
5	5转/分钟	10转/分钟	10分钟	缸底面颗粒明显向容器旋转的相反方向，并向四周方向移动； 液面颗粒从四周再向中心挤靠。	缸底面颗粒明显超前于容器旋转向前并向缸底中心汇集； 液面颗粒明显地从中心向四周散开。