力矩突变时角动量变化规律的实验演示与分析

给出一种演示刚体在定点运动时角动量与角速度方向的关系,及力矩突变为零时角动量变化规律的实验演示与分析.     

杠杆式回转仪定量演示方法研究

在对杠杆式回转仪运动现象进行理论分析的基础上,通过测量出圆轮自转角速度,旋转轴进动角速度、进动角度的参数,定量研究了力矩与进动速度间关系、角速度与进动速度间关系、角动量定理的实验验证,最后将测量值与理论计算值进行了比较。将杠杆式回转仪运动状态的定量分析引入大学物理实验,培养了学生实际动手能力,加深了学生对角动量定理,力...     

非接触驱动方式中永磁体转动行为的实验研究

矩形永磁体与铝盘构成的非接触驱动系统中,在铝盘定速转动条件下,对通过电磁感应所驱动的磁体转动角速率、角加速度同时进行检测,发现角速度有周期性的微小波动,而角加速度在一负的最大值与正的最大值间周期性地变化,二者周期相同.从永磁体的分子环流模型出发,运用毕奥-萨伐尔定律,场叠加原理,导出了磁体绕中心转轴旋转到任意位置时,导体中的磁场分布解析表达式,依次对磁体角加速度与磁体受到的电磁驱动力矩进行定量计算,以驱动力矩与空气阻尼力矩的共同作用解释了角速度出现周期性微小波动与角加速度正负等幅变化的原因,通过与实验测试结果进行比较,验证了分析结果的正确性.     

刚体转动惯量测定实验中阻力矩与角速度关系的研究

利用通用计数器测量了刚体转动过程中阻力矩与角速度之间的定性关系,并对在推导刚体转动惯量的测量公式时所采用的近似方法以及测量刚体转动惯量时由于仪器使用的选择对阻力矩带来的影响作以分析,降低误差。     

截卵形头部平台直径对初始侵彻弹道偏转的影响

针对截卵形头部弹体斜侵彻靶标时弹道发生初始偏转的问题,建立了分析截卵平台直径对初始弹道偏转影响的理论和数值仿真计算模型,计算了相同侵彻条件下不同截卵平台直径时,头部侵彻产生的偏转函数和偏转角速度。结果表明:截卵平台头部侵彻产生的偏转力矩会减小弹轴与靶标法线之间的夹角,且随着截卵平台直径的增大,偏转力矩增大,偏转角速度增大,当截卵平台直径增大到1.5倍时,偏转力矩增大到约1.2倍,当截卵平台直径增大到2.0倍时,偏转力矩增大到约2倍;相同截卵平台直径下,随着头部形状系数的减小,偏转力矩和偏转角速度增大。     

四轮轮毂电动汽车横摆角速度自抗扰控制

汽车的横摆角速度对汽车稳定性和安全性有较大影响,针对汽车行驶控制时的抗干扰能力,目前还没有特别有效的汽车横摆角速度控制策略;创新性设计了基于自抗扰控制理论的用于四轮轮毂电动汽车横摆角速度的高性能控制策略;首先分析了汽车横摆角速度控制的动态模型,并通过数学变换,将其转换为二阶自抗扰控制器被控对象的标准形式;再设计双层控制结构,包括直接横摆力矩制定层和转矩分配层;在直接横摆力矩制定层,利用二阶自抗扰控制器计算出控制汽车横摆角速度所需的附加横摆力矩;在转矩分配层,设计了转矩分配算法,利用附加横摆力矩得到4个车轮的指令转矩,进而控制电动汽车横摆角速度;最后,通过Matlab/Simulink和汽车动力学仿真软件CarSim联合仿真验证了所设计控制策略的有效性。     

利用智能手机和自制复摆测量重力加速度

自制了一款可采集手机偏转角和角速度的手机软件,结合自制的等臂复摆,从能量守恒出发,利用自制手机APP,测量自制复摆转动时的偏转角和角速度。对偏转角的余弦值和角速度的平方进行线性拟合,最终通过拟合直线的斜率得到重力加速的值,结果较好,实验操作简单,无小角度摆动的限制。     

基于PASCO转动运动传感器测量刚体转动惯量

PASCO转动运动传感器可以精准地测量并实时地记录物体转动时的角速度。在落体法测量刚体转动惯量的实验中，为了提高实验的精度，将PASCO转动运动传感器与刚体转动惯量实验仪相结合，用PASCO转动运动传感器直接测量角速度并计算角加速度。改进后的仪器简化了实验步骤，提高了实验精度。对圆盘、圆环和圆柱试样的转动惯量进行测量，三组实验的相对误差分别为0.2%、0.7%和0.3%,实验结果准确。通过实验结果可得，改进后的实验仪器操作简单且测量精度很高。     

单框架控制力矩陀螺转子动不平衡对遥感卫星成像的影响

分析了单框架控制力矩陀螺（SGCMG）转子在高速旋转时产生的动不平衡干扰力矩引起的星体颤振角和颤振角速度对TDI CCD相机成像的影响。通过坐标变换将转子坐标系下的干扰力矩转换至星体坐标系下的干扰力矩,将卫星姿态动力学方程计算出干扰力矩引起的星体颤振角位移和颤振角速度代入TDI CCD相机成像像移补偿模型;利用TDICCD相机像点与物点对应模型的仿真系统仿真了陀螺转子在不同转速下引起星体颤振角位移和角速度对相机成像的影响;最后,利用图像对比度和互相关相似性测度分析仿真成像质量。仿真显示：SGCMG转子在转速为3 000 r/min时,横向调制传递函数为0.997,图像互相关相似性测度为0.996 1;转速为6 000 r/min时,横向调制传递函数为0.928 3,图像互相关相似性测度为0.974 8。结果表明：SGCMG转子在高速旋转过程中引起的星体颤振角位移和角速度严重影响了TDI CCD相机的成像质量,应依据颤振的影响对SGCMG实施减震措施。     

陀螺进动特性的研究

本文基于陀螺进动原理,推导出陀螺进动时的角速度和自转角速度关系式,结合电磁感应原理和光敏电阻特性制作了陀螺实验装置,同时精确测出陀螺的公转周期与自转周期,进一步计算了陀螺的转动惯量,并用平行轴定理所得的计算结果验证了此装置的理论方法与测量结果的正确性.     

利用流体演示角动量守恒

利用流体在转动状态下连续流失，使得系统的转动惯量变小，从而导致角速度增大，较为直观地演示角动量守恒原理．     

传感器和Origin7.0软件在电脑控制韦伯福斯摆的实验研究中应用

研究用电脑控制韦伯福斯摆的实验中,用光电传感器、位移传感器和力传感器测量摆的振动周期和摆幅、角速度等及弹簧的劲度系数,由此来学习一种测量刚体转动惯量的方法。     

旋转带电球体的转动惯量

对均匀带电球体绕其自身的对称轴作变角速度旋转产生的磁场和感应电场求解，之后计算了这球体对该轴的转动惯量。     

基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数测试

针对转台测试谐振式光纤陀螺标度因数时存在的测试精度受限于转台性能影响的问题,提出一种基于锯齿波等效输入的陀螺标度因数测试方法.通过在相位调制器上叠加锯齿波偏频信号用于模拟角速度输入,分析了实际转台输入和模拟角速度输入下谐振式光纤陀螺闭环传递函数,推导了偏频锯齿波信号参数与实际输入角速度的对应关系,理论证明了其技术可行性.搭建了基于锯齿波偏频的陀螺标度因数测试系统,对研制的陀螺样机进行了标度因数及非线性度测试,基于锯齿波偏频方法测得的陀螺标度因数与实际转台测试结果基本一致,且标度因数非线性度从0.42%优化到0.26%.研究表明基于锯齿波偏频的谐振式光纤陀螺标度因数快速标定测试方法不仅可以精确测得标度因数,还可有效抑制转台振动等环境干扰引入的测量误差.     

一种新的光电设备方位角度检测方法

针对工作在静座桅杆条件下的光电设备,提出一种低成本的方位角度检测方法。采用2个倾角仪检测光电设备的俯仰轴和倾斜轴的角速度,用1个陀螺检测光电设备的方位轴角速度,完成光电设备方位角度变化量的解算。在已知初始方位角度的情况下,获取光电设备的实时方位角度值。实验表明,采用0.01的倾角仪和零偏稳定性为0.015/h的激光陀螺,方位精度达到0.009。     

高Q光学微球腔角速度传感效应验证

根据角速度传感的基本原理,搭建了以高Q光学微球腔为核心敏感部件的角速度传感实验测试系统。实验中通过调制、解调技术得到了光学微球腔的谐振曲线及其相对应的解调曲线,并采用PID反馈控制电路实现了微球腔谐振点的实时跟踪锁定,谐振点锁定精度约为10 kHz。通过对系统提供低、高2组不同的旋转角速度进行实验测试,并对数据进行处理分析,得到系统输出信号幅度的变化趋势与测试转台提供的旋转角速度变化情况相对应的结果。初步验证了高Q光学微球腔的角速度传感效应,为后续深入研究高Q光学微谐振腔角速度传感器件奠定了基础。     

Fractional Angular Momentum of an Atom on a Noncommutative Plane

The mechanism of obtaining the fractional angular momentum by employing a trapped atom which possesses a permanent magnetic dipole moment in the background of two electric fields is reconsidered by using an alternative method. Then, we generalize this model to a noncommutative plane. We show that there are two different mechanisms,which include cooling down the atom to the negligibly small kinetic energy and modulating the density of electric charges to the critical value to get the fractional angular momentum theoretically.     

Frame Dragging Effect on Properties of Rotating Neutron Stars with Strong Magnetic Field

The general relativistic frame dragging effect on the properties, such as the moments of inertia and the radii of gyration of fast rotating neutron stars with a uniform strong magnetic field, is calculated accurate to the first order in the uniform angular velocity. The results show that compared with the corresponding non-rotating static spherical symmetric neutron star with a weaker magnetic field, a fast rotating neutron star (millisecond pulsar) with a stronger magnetic field has a relative smaller moment of inertia and radius of gyration.