跟随牛顿和凯尔文学做科学研究.PDF

跟随牛顿和凯尔文 学做科学研究 中国科学院力学研究所徐硕昌教授（退休） 二零一五年十月十九日 徐硕昌 1939年江西临川出生。1961年南开大学数学力学系毕 业，工作到2000年。退休前为中科院力学所研究员，中 科大研究生院教授。1994年5月被聘为国家高技术航天 领域综合专题组专家。1997年6月被国防科工委航天技 术局授予荣誉证书表彰在担任国家高技术航天领域第二 届专家委员会专家组专家期间，为我国航天高技术的发 展作出了突出贡献。研究专长为应用数学和流体力学， 研究范围涉及等离子体和磁流体力学，稳定性和控制理 论，天体演化学，导弹飞行中段物理特性，载人航天和 空间站的应用以及微重力流体力学。 序 一场穿越时空的科学之旅 在我准备以【跟随牛顿和凯尔文做科学研 究探索天体、力学和航天】为书名，编 辑我半个世纪来的科普作品文集的过程中， 接到力学所在所开放日向大、中学生做科 普报告的邀请，于是我决定以【跟随牛顿 和凯尔文学做科学研究】为题作准备。加 一个学字意味着和同学们一起以他们为师， 为此我设计一场穿越时空的科学讲座，他 们是讲座教授，我做助教。 讲座教授 “ 牛顿(1643.1.4-1727.3.30) 英国物理学家 1686年发表 ” 《自然哲学之数学原理》 奠定经典力学理论基础 凯尔文(1824.6.26- 1907.12.17) 原名为威廉.汤姆生，受勋后、爵名 为凯尔文。爱尔兰数学物理学家、 工程师。创立热力学温标，被称为 热力学之父。在电动力学、流体力 学和陀螺力学等学科也广有建树。 讲座助教 徐硕昌(1939.7.1-- ） 应用数学、流体力学家 万细珠(1943.12.10— 工程师 徐硕昌和万细珠结婚照 (1968.3.15) 讲座学员:未来21世纪科学家. 内容提要 英国生物学家赫胥黎认为一个分析化学家分析化合物的元素组成 和庖丁解牛、将肉骨分类出卖的过程是类似的，不同是化学家用 精密天秤计量、庖丁用秤。普通人发现问题，寻找方法，解决问 题的过程和科学家科学研究探索过程是相似的。本讲坐从美国航 空航天局应用自旋实现卫星恣态控制工程中举出二个案例:1958年 发射探险者1号恣态失控，入轨后仅仅几个小时就发生翻滚；1963 年发射辛康1号通信卫星取得成功；以及日常生活中两个问题。深 入浅出地介绍如何基于牛顿和凯尔文的理论和方法，寻找这四个 问题的解答，从物理直观了解科学家进行科学研究全过程。 章节安排 一.航天高科技领域的二个工程实例 1. 美国苐一颗卫星探險者1号的自旋恣态失控； 2 . 美国通迅卫星辛康1号实现自旋恣态控制。 二.生活中的陀螺现象 1.鸡蛋的旋转现象和区分它的生熟； 2.一项玩具陀螺试验; 3.四个问题 三. 陀螺的旋转运动特征规则進动 1.玩具陀螺的进动； 2.CD-ROM陀螺的进动。 四.凯尔文陀螺稳定准则的应用 五.牛顿关于地球形状的研究 六.凯爾文流体转子陀螺仪实验 一. 航天高科技领域的 二个工程实例 1. 美国