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  • 1 # 醉花音

    質量很大,半徑很小的一個球體以很高的速度旋轉,最直觀的現象就是這個球體非常穩定高速地旋轉,甚至你都不能察覺這個球體在旋轉。當這個球體在旋轉時,就表現為一種中心軸對稱的旋轉,假如在這個球體的表面任意找一個點,那麼在經過這個點和中心點的直線上,必然會找到一個和該點對稱的點,我們都知道一個圍繞中心軸旋轉的點具有角動量,那麼這兩個點在旋轉時就會表現出線速度相反的現象;

    1:但是由右手螺旋定則可知,雖然速度方向相反,但角動量的方向是平行且同向的,由於你說的這個球的半徑非常小,那麼就可以認為這兩個點的距離非常近,同理,這個球體上的所有點都遵循相同的規律,那麼從宏觀表現上來看時,這個球體的角動量方向集中地指向中心軸的一邊,由於質量非常大,沒有外力作用在球體上,所以球體的角動量守恆;

    2:觀察這個現象最好的例子就是我們生活中看到的花樣滑冰選手的旋轉,當滑冰選手獲得一定的速度之後,就會在原地開始旋轉,但是此時速度並不是最大的,因為滑冰選手的一隻腳在旋轉中心的外面,然後慢慢地選手的一隻腳開始抬高,當整個人的身體都基本和旋轉軸貼合時,選手獲得了最大的速度,因為身上的每一個質點都離中心軸非常近,由於選手的腳底和冰面的摩擦較小,可以粗略認為角動量守恆的,距離減小,速度就必然會增大;

    所以如果滑冰選手在旋轉時,收縮得越對稱,那麼旋轉速度就會越大;這個過程就生動形象地展示了題主所描述的質量很大或者不變,半徑減小或者很小時所表現出來的物理現象。除了這個現象以外,宇宙中的黑洞就非常符合質量很大,半徑很小的情況,但是由於黑洞無法直接觀察,因此黑洞旋轉時所表現出的物理現象就無法直接觀測。

  • 2 # 語境思維

    本題很有思考,答題不可牽強附會,須得弄清物理邏輯:旋轉體的基本性質↹動力學原理。以下是我的獨立思考,旨在“大物理”建設。

    一,旋轉物系的基本法則。

    根據剛體動力學原理與自然客觀證據,我先鋪墊一個“軸徑皆扁”法則:

    ①自然旋轉的諧振子,包括自旋體與漩渦系,因轉動慣量的特性,形成內秉的扁球型體系。

    ②轉動慣量的軸向分佈,必然趨於不均勻,導致扁圓或鐵餅。軸向必扁是轉子的通性。

    顯然,不存在理想的剛性正球型體系,小到中微子、電子與質子,大到地球、太陽、銀河系,皆為扁球型天體。

    因此,關於本題高速旋轉的超重球體的推想,一不小心,要麼就是毫無意義,要麼就是胡說八道。但這並不意味著不可探討。

    二,非旋轉諧振子的一般樣式。

    ①宇宙塵埃,有點像碎片,是多種原子與分子的雜合體,不是旋轉諧振子,而是隨機飄蕩子。小行星是超大塵埃,也是如此,是超大碎片。

    ②彗星體,是大量塵埃的匯流體,也不是旋轉諧振子。但彗星受環境天體影響,作週期性飄蕩。

    三,高速旋轉的諧振子。

    ①電子。按牛二定律與庫侖定律,核外電子(e)的旋轉半徑。受真空光速漣漪的齧合作用,以光速自旋。e是6.4億個高能態的真空漣漪子團。

    自旋電子是扁球諧振子,產生電偶極子、電子磁矩、電子電荷、自旋角動量、自旋角動能或自旋勢能:Ep=mc²=9.1e-31c²=0.51MeV。

    ②質子。質子的經典半徑8.5e-15m,內部的高能正電子(e+)半徑遠小於核外電子。e+是6.4億個超高能態的真空漣漪團。

    自旋質子是扁球諧振子,產生電偶極子、質子磁矩、質子電荷、自旋角動量、自旋角動能或自旋勢能:Ep=mc²=1.73e-27c²=938MeV。

    ④等離子體,是自由電子與自由質子的統稱。根據電荷守恆定律,雖然自由電子與自由質子相距很遠,但總是形影不離。

    在超真空與超低溫的深遠太空,它倆將開啟漣漪團結構,降維展開變成真空漣漪而失蹤。因此,在宇宙微波背景區域,我們無法找到電子與質子的蹤跡。

    四,低速旋轉的諧振子。

    ①單核原子,即氫原子。在超高溫與低真空環境中,自由電子與自由質子,接近到極限距離,即氫原子半徑或玻爾半徑5.29e-11m,聚合成氫原子。

    氫原子。可以看成最簡單的漩渦諧振子。其漩渦的線速度是核外電子的軌道速度,大約2.2e6m/s=0.0073c=αc。α是精細結構常數,表示電子運動速度和光速的比值,計算公式α=e/(4πε0cħ)。

    ②多核原子。如氧原子、鐵原子、鈽原子,也可以看成漩渦諧振子。若干核外電子渦旋形成電子雲,原子核是若干核子各自以光速自旋的綜合體。

    五,高速旋轉的漩渦體系。

    ①太陽系。太陽系漩渦半徑大約0.1光年,按銀河系10萬光年視野,半徑比=1:1百萬,太陽系可以是質點諧振子,繞銀轉速為250km/s。

    ②銀河系,或者類星體。其漩渦半徑10萬光年,按星系團1000億光年視野,半徑比=1:1百萬,銀河系可以是質點諧振子,渦旋速度比太陽系繞銀低了去了。

    不排除中子星以光速自旋的可能性。中子態的高能正負電子,必然分別自旋相互繞旋。有自旋就有繞旋,不可能絕對密實。假設電子間的繞旋半徑是1/400萬的氫原子半徑,計算中子星的半徑不是難事。

  • 3 # 力學Nerd王小胖

    條件:質量很大,半徑很小,極限狀態就是一個有很大質量的點。如果是點的話,沒有半徑,很多物理量沒法計算。所以,在本問題中,我們假設是有半徑的。

    根據上述假設,本問題就是質量和半徑的問題,也可以說成是質量的分佈問題。

    轉動慣量

    轉動慣量定義式如下,顯然轉動慣量與質量的分佈有關。質量分佈的越遠,轉動慣量越大,表示物體越不容易發生轉動狀態的改變。

    下圖是幾種常見物體的轉動慣量計算式。

    根據轉動慣量的定義,顯然半徑對轉動慣量的貢獻更大。所以對於本問題,雖然質量很大,但是如果半徑非常小接近於零,那麼本問題的轉動慣量也是接近於零。也就是說,這個物體快速轉動的時候,其實是非常容易停止下來的。

    慣性

    慣性直接與質量有關,質量越大,慣性越大,物體運動狀態改變越難。這裡的慣性與轉動慣量類似,但是又有區別。轉動慣量專指轉動的慣性,而這裡的慣性更廣,可以轉動,也可以平動,一般來講是平動。

    對於本問題,質量很大的小球,其慣性很大,如果小球在旋轉的同時,又有曲線運動,那麼該曲線運動很難透過外力發生很快的改變。

    動能

    假設小球是定軸轉動,不發生平動。其動能表示式:

    動能的表示式與轉動慣量和角速度的平方有關。所以,對於本問題,儘管轉動慣量的值不是很大,但是如果轉速特別塊,其動能還是非常可觀的。

    還有其他一些物理引數,比如動量矩等等,定軸轉動情況下都與轉動慣量有關,讀者可以自行根據這些物理量的定義式來判斷這個大質量小球的運動狀態。

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