学过高中物理的同学都会知道,在经典力学和静电学理论中,万有引力和库仑力有着类似的性质,它们都与距离平方成反比。现在我从引力角度向大家提出一个问题:
一块密度均匀的无限大的平面板,它所产生的引力场是否均匀的?也就是说,板外任意一点的等质量物体受到的引力是否相同?
对于静电力也可以提出类似的问题,只要把引力换成库仑力,把质量换成电荷即可。只要类比有限的情况,我们就会得出结论:场一定是不均匀的!因为力与距离平方成反比,距离不同,受力就不等。果真如此吗?
非抛物面望远镜的校正镜方程求解
The Corrector Plate of Non-parabola Telescope
本文在牧夫天文论坛的讨论:
http://www.astronomy.ac/bbs/thread-160257-1-1.html
为了克服折射望远镜的色差问题,1670年,牛顿制造了第一台实用的反射式望远镜,将望远镜的主镜由玻璃透镜换成了抛物反射面,从而消除了色差。然而,相比球面镜,大口径的抛物面并不容易磨制。因为制作大球面镜只需要将曲率相等的小镜片相对自由组合在一起就行了,而抛物线每点的曲率并不相等,所以需要逐个磨制曲率不等的小镜片,并按照严格的顺序组合起来。这无疑大大增加了磨制难度。
为了解决这一难题,天文学家们想到了一个折衷的办法:以球面为主镜,并配以校正镜来校正球差。迎着这一思路,施密特望远镜随之而生。而当代的大望远镜基本上都是沿用这一思路。然而,校正镜是一个比抛物面更加复杂的四次曲面,磨制工艺要求更高,因此,校正镜也不宜过大。
在《为什么是抛物线?——聚光面研究》这篇文章里头,我们从光学性质出发,推导出了符合该光学性质的曲线为抛物线,同时我们也不禁感到了向量分析的美妙。也许有的读者会意犹未尽:圆锥曲线有三种,文章只介绍了一种。那好,在这篇文章里,我们就从另外两个光学性质出发,推导出符合这两个光学性质的曲线(椭圆、双曲线)。
(注:在下面的描述中,橙色加粗向量表示光线,曲线表示反射面。)一、从一个点发出的光线经过曲线(面)反射后汇集到另外一个点上。
很多读者都知道,反射望远镜、射电望远镜、太阳能集热器等都有一个抛物状的面,它们都是利用了抛物面能将平行射入的光汇聚到一个点(焦点)上的性质。如果问为什么抛物面具有此性质,相信很多高中生都可以利用抛物线的相关知识来证明。但是,如果反过来问:为什么具有此性质的曲面是抛物面?相信会难倒一部分读者。我们来尝试寻找这一曲线(由于对称的原因,这个曲面可以看作由曲线旋转而成,因此我们可以研究曲线)。
BoJone:阅读本文需要有电离平衡的相关知识作为基础。
这两个星期我们都在学习高中的人教版《化学选修4》中的电离平衡相关知识。虽然我们是“重点班”,可是进展仍然相当地慢。关于电离平衡,有同学向我提出过一个问题:
酸溶液继续加水后,为什么pH会趋于7?(常温常压)
显然,这个问题是很好理解的,因为加水后$H^+$被稀释了。然后我更感兴趣是由此引申出的一个问题:
(强)酸溶液继续加水后,平衡向哪边移动?
也许不少同好已经在一些书籍上看到过这样的论述:
各向同性的薄球壳,其内部任意一点所受到来自球壳的引力为0。
这是一个很神奇的事情,因为这意味着这是一个均匀引力场,虽然我们在很多问题上都假设了引力场均匀,但是我们却很难知道如何构造一个真正的均匀引力场(而构造一个真正的均匀力场都分析某些问题是很有用的,例如推导一些比例系数),现在眼前就摆着一个均匀引力场了。并且利用它我们就可以计算均匀实心球内部一点所受到的引力(等于它与一个球体的引力)。而关于它的证明,当然也可以利用微积分的知识,可是我们在这里介绍一个初等的方法,相信它会使我们更加感受到物理的神奇和有趣。
很多读者都听说过,现在地球上可以发射激光到月球,反射回来,通过计算一来一回的时间来测量地月距离。现在问题是,怎样的镜子才能够把来自不同角度的光都以相同的方向反射回去呢?实现这一目的的镜子称为“多角度反射镜”。






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