全球重力势能特征及其地质意义——基于Crust1.0模型的分析

重力势能及重力势能差是分析岩石圈内部密度变化所引起的岩石圈平均应力特征的主要方法之一.本文基于全球Crust1.0模型地壳结构,结合常密度、横向变密度和三维变密度三种不同的地幔密度模型,获得了全球尺度更为精细的重力势能及重力势能差分布特征并开展分析.研究结果表明,在北美西部、安第斯山脉、东非、青藏高原等区域表现为重力势能高,呈拉张应力状态;在洋盆、高原周围的盆地等地区表现为重力势能低,呈挤压应力状态.对比分析不同地幔密度模型结果,发现大洋地区洋壳薄,岩石圈地幔密度受构造及热影响变化较大,对重力势能影响大;大陆地区地壳厚度大,对重力势能影响大,地幔密度变化影响相对较小.采用三维变密度地幔模型获得的重力势能差分布和大地水准面异常计算获得的全球重力势能差分布具有相似特征,表明该模型的计算结果更符合全球岩石圈尺度的应力分布特征.三维变密度地幔模型计算的重力势能差显示洋中脊轴部地区趋于零,说明该处岩石圈密度变化对应力影响较小,其拉张应力与洋中脊地区地幔上涌更为相关.

教具自制路径与实践——以探究重力势能影响因素的教具为例

以《义务教育科学课程标准(2022年版)》为指导,进行文献检索、创新设计、物化方案、可行性验证及推广应用,是实现教具创新自制的有效路径。在探究重力势能影响因素的教学中,创新自制探究重力势能影响因素的教具,利用被测物在圆筒中落下后推动台秤指针偏转角度的大小,定性探究重力势能与物体质量及高度的关系,科学有效,适用于初中物理关于重力势能的演示实验。

基于减速带重力势能的道路发电装置机构设计

为了实现利用汽车压过减速带产生的重力势能进行发电,提出一种基于减速带重力势能的道路发电装置机构设计方案。文中对发电装置设计意义及工作流程进行分析,利用SolidWorks软件对运动转换机构、卷筒发条机构、计时机构、棘轮机构、增速机构和往返机构等进行设计建模和装配,对主要机构工作原理进行了分析。该发电装置产生的电能将用于路灯照明及共享电源等周边用电设施,对于缓解能源短缺问题具有重要的意义。

基于凸轮转向机构的S型重力势能小车设计

为了解决能源和环境污染造成的问题,文章设计出一种无碳小车模型。该小车不再使用燃油作为驱动动力,而是利用重力势能转化为机械能,从而给小车提供动力。将重物通过一根细线连接在绕线轴上,重物在下落过程中带动绕线轴转动,绕线轴通过齿轮与驱动轴连接,从而把力传动到后轮驱动轴上,同时设计一个凸轮顶杆调速和转向机构,实现小车在前进过程中可以按照既定要求同时转向。

可变轨迹重力势能驱动车的结构设计与分析

基于2021年中国大学生工程实践与创新能力大赛势能驱动车赛道竞赛要求,利用SolidWorks、Creo、Matlab等软件对驱动车进行分析与整体设计,提出一种控制驱动车运行方向的大凸轮创新设计方案,并设计了一种由重力势能驱动的三轮车。该车可通过更换部分机构,实现初赛规定的S环形运行轨迹与决赛规定S环形8字形交替运行轨迹的转换。

重力势能小车“轨迹法”创新结构优化设计

针对重力势能小车起动力矩不稳定,行驶轨迹不准确的问题,基于Matlab软件的精确解算,给出了四杆机构重力势能小车的近似轨迹的数学描述。基于此"轨迹法"得出了小车后轮优化设计尺寸,同时分析运动过程特性并设计了一种新的变径定比滑轮,通过实际行驶轨迹验证其设计方法可行,提出了一种"轨迹法"结构优化逆向设计新方法。

基于AMESim的液压缸制动过程中重力势能回收系统仿真分析

为缓解液压缸制动期间形成的冲击作用并降低能量损耗,设计了一种建立在液压蓄能器基础上的储能系统并回收制动能量,利用AMESim平台对系统制动性能与能量回收效率开展了仿真研究。研究结果表明:0~0.5 s期间液压缸保持匀速运动的状态,之后系统到达制动阶段并进行能量回收。在切断阀开始制动的时候回油路已经达到很小的流量,从而不会对缓冲腔形成明显冲击作用。随着负载的增大,所需的制动时间也更长。在不同的负载下,液压缸的制动腔压力与制动距离都会发生变化,表明此系统能够充分适应负载的变化。不同初速度下液压缸制动腔各项参数都出现增大现象,随着初速度的增大,制动时间由1.6 s延长至1.75 s,达到了良好制动效果。

三轮式重力势能小车大角度转弯性能优化

根据第3届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目要求,采取不同策略,设计了一种两前轮转向,单后轮驱动的三轮重力势能绕障小车,以圆柱槽凸轮驱动转向梯形作为转弯机构。针对上一届竞赛中出现的小车行驶轨迹因打滑而不稳定和不可重复的问题,分析研究了小车在赛道上多次重复完成大角度转弯运动的动力学模型,优化了转向系统设计参数,并通过仿真及竞赛实战验证了优化效果。

一种重力势能驱动小车的设计与实现

结合大学生工程训练综合能力竞赛要求,开发了一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。该小车能按"S"轨迹自动行走并依次绕过赛道上设置的等间距障碍物,还能通过简单调节结构参数,适应障碍物的间距变化。通过对小车的机械系统进行精心设计和详细分析,从小车结构、装配以及调试等方面探讨了如何提高小车的运行精度以及稳定性等问题。实验结果表明:小车结构简单、运行平稳、轨迹准确,可较好地实现"S"轨迹自行越障功能,对此类小车的设计和工作性能提高有一定的参考价值。

利用高炉出铁重力势能的旋流反应器冶金特性

从高炉出铁口中射出的铁水具有一定的初动能,且出铁沟有一定的坡度.本项目提出了一种利用高炉出铁沟重力势能脱硫的新型冶金反应器.基于湍流模型与多相流模型的耦合,应用液面追踪技术,实现了对冶金重力势能反应器内流体流动及液面波动行为的模拟计算,并用水模拟结果进行了对比验证.从分析的结果来看,铁水在反应器内能够形成良好的旋流效果.实验所得的RTD曲线与计算所得的结果吻合较好.碗型反应器的旋流效果最好,能够产生高强度稳定的旋流.

重力势能驱动旋流冶金反应器的数值模拟

建立了重力势能驱动的旋流冶金反应器的数学模型,分析了反应器内部的流场和气体体积分数的分布.结果表明,数值模拟结果与物理模型实验结果基本吻合,验证了数学模型和计算过程的可靠性;重力势能驱动冶金反应器具有较好的旋流效果,其中前弯型叶片反应器旋流效果最佳.参数研究表明随着曲率半径的增大,混合管内的气体体积分数有较大幅度的提高,其中曲率半径为150mm的叶片反应器有较大的气泡出现.

重力势能确实与质量和高度有关——纠正“对重力势能影响因素的不同思考”一文中的错误

中学教科书认为：重力势能和物体的质量以及相对高度有关，其表达式为：E=mgh．有些教师认为，教科书中的说法是错误的，重力势能的表达式应当写为：E=Gh，也即重力势能不是和质量成正比而是和重力成正比，这一观点显然是错误的．本文详细分析了其错误产生的原因，并给出了重力势能和质量与相对高度有关而不是和重力与高度有关的严格证明．

略论物体在高空中的重力势能

高空中物体的重力势能该如何表达,本文通过缜密推理,给出了几种表达形式,并指出了一些常见的错误认识.

重力势能对注汽井热力计算的影响

根据能量守恒建立了注汽井热力计算的数学模型,分析了能量方程中重力势能项的作用,指出了以往计算模型的不足。根据模型编制了蒸汽参数计算程序并与4参数测试结果进行了对比,结果表明二者吻合得较好。在此基础上,计算分析了势能项的作用。计算结果表明:隔热油管隔热性能越好,注汽流量越大,越不应忽略重力势能的影响。当注汽流量为23 t/h时,无论是E级还是B级隔热油管、计与不计重力项,井底蒸汽干度均相差1%左右。

重力势能驱动方向控制无碳小车的设计

基于曲柄滑块转向机构原理,设计了一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。建立了重力势能驱动的无碳小车的数学模型,以最大程度增大无碳小车轨迹重合度为目标,运用Simulink通过仿真分析得到最佳无碳小车绕障碍物的行驶参数。针对无碳小车结构尺寸的多样化,提出了一种能计算出最佳小车绕行的障碍物间距和初始摆放角度的后续处理方法。探讨了提高小车运行平稳的方法与措施,提高了小车的运行精度。确定了小车的结构参数及总体方案。实验表明:采用优化后的无碳小车结构和绕行参数,能够最大程度地增加轨迹绕行重复度。该小车为无碳小车的设计提供了指导意义,为相关机构的应用研究提供参考价值。

基于CMIP5模式与Argo观测数据的海洋有效重力势能分析

有效重力势能作为重力势能中活跃的部分,能够参与海洋能量循环。本文计算和评估了CMIP5中9个模式的全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能和200~500 m深度范围内的中尺度有效重力势能,并与由BOA_Argo观测数据计算的结果进行比较。分析表明,就全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能而言,多数模式的计算结果均大于由Argo观测数据计算的结果。通过比较有效重力势能的空间分布特征,发现在强动力活跃区(特别是黑潮、湾流、南极绕极流区),模式与观测相差较大,其差别主要来源于观测与模式中扰动密度的差异。此外,在黑潮和南大洋区域,涡动能和有效重力势能具有较高的时间相关性,而在北大西洋湾流区域,两者的相关性较低;功率谱分析显示中尺度有效重力势能与涡动能都存在显著的半年和年变化周期。

青藏高原及周边区域岩石圈重力势能及其产生的偏应力场

岩石圈质量横向分布不均匀深刻影响青藏高原及周边区域构造应力场分布样式和构造形变特征.本文采用Crust 1.0地壳模型数据,并在此基础上分别采用艾里均衡和普拉特均衡两种均衡模式对地幔数据进行约束,计算了青藏高原及邻区重力势能.采用有限元方法求解了青藏高原及周缘重力势能差产生的偏应力场,结果显示高重力势能产生应力样式以张裂为主,反之低重力势能产生应力样式则以压缩为主,偏应力数值大小主要集中在10~30 MPa.将重力势能差产生的偏应力和现今GNSS应变进行比较发现,在重力势能横向变化幅度大的区域,如青藏高原内部柴达木盆地和川滇块体中南部,高原周边的塔里木块体西北部、阿拉善块体南部、鄂尔多斯块体西部、华南块体西北部和印度板块北部,偏应力和GNSS应变的压缩张裂分布样式和主轴方向符合较好,两者相关性强.这些结果表明板块运动驱动力在远离欧亚板块边界的青藏高原北部和东部边缘以重力势能的形式影响其构造形变,而在喜马拉雅地区,重力势能差与印度板块俯冲两种机制作用方向相反.

重视过程学生才能构建知识掌握方法——五个版本教材中重力势能编排对比及教学建议

对于重力做功特点、重力做功与重力势能的变化关系、重力势能的相对性与运动过程中重力势能变化的绝对性等知识点，中学生初学时会觉得很混乱。所以，本文比较了五个版本的高中物理教材中这些知识点在编排位置及思路、重力势能概念的表述及引入方式、重力做功特点的推导、重力势能表达式的得出、重力做功与重力势能变化的关系、重力势能的相对性等方面的异同，并对各个环节给出了具体的教学建议。

明长城的重力势能与做功

长城是世界上七大奇观之一,作为世界上最大的军事防御工程,其建造工程浩大.本文主要根据明长城的调查数据,从物理知识着手,利用牛顿力学的知识分析讨论明长城的重力势能与做功,从而估算出建造明长城所需要的时间与劳动者,同时进一步估算了完成该工作所需要的粮食,突出了物理学在其他学科上的运用.

“探究重力势能”的创新实验设计

本文给出了一个测定重力势能大小的创新实验装置设计。