多功能天文科普教学演示装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于辅助教学设备或科普设备。
【背景技术】
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[0002]现有科普或教学中使用的抛物线演示装置通常过于简单，功能单一。通常只有滚道、小球与沙盘。只能演示小球脱离滚道后的初速度高低与落点的远近成正比的关系，以及推理得出发射卫星的原理。其它天文现象无法在上面演示与推理。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的是通过本装置再结合科学推理达到演示与理解多种天文现象，包括:抛射体小球的速度高低与落点的远近成正比；发射卫星的原理;行星轨道稳定的机制；物体的引力捕获状态与非捕获状态;遥远星光的红移等。
[0004]本装置包括:机架(9)，固定于机架上的滚道(3)，机架上有高度标尺(I)，小球(2)可沿滚道向下滚落。在远端有沙盘(或橡皮泥盘)(6)，沙盘上有长度标尺(12)，用以显示小球落点的远近。在小球的飞行路线上可以放置阻力块(4)，阻力块受到小球的撞击后可沿下面的滑道向后滑移，滑道外侧有长度标尺(10)，用以显示阻力块向后滑移的距离。在小球的飞行路线上还有一组用来直观产生阻力的垂绳(5)，垂绳从一个框架的上端垂下。小球的飞行路线下方放置有向上吹的电风扇(11)。机架上有水准器(8)。机架下方四角处各有一个支脚(7)，其中，一对角线下面的两个支脚是有螺旋高度调整机构的支脚，它们配合水准器使用可以把装置调至水平。小球沿滚道滚下，势能转化为动能，飞向沙盘。从沙盘中小球的落点印记可知小球飞行的速度。小球从较低处滚下时必然飞行的距离较近，从较高处滚下时必然飞行的距离较远。在小球的飞行路线上放上阻力块，阻力块在小球的撞击下后退，从后退的距离可知小球脱离滚道时的初速度高低，拿掉阻力块后小球可飞向沙盘。
[0005]下面结合附图对本发明的结构以及可以演示与推理的内容作进一步详细说明。
【附图说明】
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[0006]附图是本装置的侧视示意图。
[0007]这类实验演示装置的轨道再高也不可能把小球加速到第一宇宙速度以上，即不可能使飞出去的小球达到环绕地球整圈飞行的卫星状态。但是，人类是有智慧和有推理能力的生物，可以结合已有的成熟知识与经验进行科学推理，最终达到证明与理解那些无法完全模拟的现象。例如:理解发射卫星的基本原理。当小球的速度不断提高时，其落点必然越来越远。如果大地是平面并且向远方无限延伸，那么，小球的落点永远赶不上起点。然而，地球是球形，小球越来越远的落点终究会超过起点，这样就形成了小球脱离地面而环绕地球公转的状态。由此，达到了通过这种装置理解卫星可以发射成功的原理。当今，人类早已成功发射了卫星。
[0008]星体之外或星体大气层之外并非完全真空，也有稀薄的或者少量的实物分子、离子、尘埃以及它们的吸积体或者聚集体，还有星体碰撞后产生的碎块等。它们对长时间定向公转与自转运动的星体必然产生阻力，使行星、彗星、卫星等的速度下降，轨道越来越低，而太阳风对行星、彗星的轨道有抬高作用。本装置用电风扇模拟太阳风。当用本装置作演示实验时，实际上小球在飞行中也必然受到空气中分子、离子、尘埃等的阻力，但这种阻力难以直观看到。为了直观演示，所以，在本装置中用一组垂绳来模拟各种阻力。小球飞过时扫过这组垂绳，必然受到垂绳的阻力。本装置中小球相当于行星，地心引力相当于太阳的引力，电风扇向上吹出的风相当于太阳风，这种模拟的太阳风运动的方向应当与小球的飞行方向垂直或接近垂直。当电风扇关闭时，小球必然落在沙盘中较近的地方，当打开电风扇时，再做其它实验条件相同的实验，小球的飞行轨道则被抬高一些，下落时势能转化为动能从而使总的速度(垂直与切向速度的矢量和)有所提高，小球的落点必然会远一些。所以，太阳风对行星、彗星也包括小行星的轨道有抬高作用。而尘埃等各种阻力可以降低行星、彗星等的线速度，降速后在万有引力的作用下行星、彗星的轨道降低。这两方面是决定行星、彗星轨道的主要原因，另外，行星间的相互摄动等是次要原因。行星的轨道稳定在它受到的降低轨道作用与抬高轨道作用相当(相等)的位置(轨道)上。
[0009]前文提到，这种装置不可能直接实现发射卫星，只能在此基础上再加上科学推理来达到理解发射卫星原理的目的。同样，对于物体脱离太阳系或者其它引力中心捕获的理解也是通过这种方法。当行星离太阳很远，或卫星、或小球离地球很远、或电子离原子核很远等等，总之，小质量(小引力)物体离大质量(大引力)物体很远的情况下，两物体间的万有引力或其它引力已经很弱。另一方面，任何物体都有运动，宇宙中没有绝对静止的物体。运动的原因有内力(内部运动与作用)、万有引力、其它波子的作用力、以及来自外部其它物体、实物粒子、非实物粒子的碰撞等。当绕中心星公转的行星除公转运动外，它向外运动的概率大于向内(中心星方向)运动的概率时，即产生远离运动。这种状况的时间足够长的情况下，原来的行星就会脱离中心星的捕获，即结束公转运动状态(捕获状态)进入非捕获运动状态(或者称自由运动状态)。
[0010]在物体的实际运动中，可能的运动方向是三维空间中的各个方向，具体方向的数量无法计数。但为了分析与认识上的简化，理论上通常把可能的运动方向分成三维即六个方向的坐标，这六个方向是:向内、向外、向上、向下、向左、向右。如果我们把两个物体接近的方向定义为向内，那么，向外(向内的反方向)则是远离，其余四个方向则是切线方向。对两个物体而言，当小质量(小引力)物体绕大质量(大引力)物体公转时，大质量物体引力的任一等势面都是球壳形或接近球壳形。任一等势面球壳上的任意一条弧线都是向内弯曲的，即向大质量物体方向弯曲。在两次碰撞或受力之间，物体通常是匀速直线运动。小质量物体在大质量物体引力的任一等势面上作一段直线运动时，只有向内运动这个方向是使两者接近，其余五个方向都是使两者远离，即小质量物体逃出原等势面向外。在物体的实际运动中，任意一段匀速直线运动都不可能是无限短，除了向