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進動本為物理學名詞,一個自轉的物體受外力作用導致其自轉軸繞某一中心旋轉,這種現象稱為進動。進動(precession)是自轉物體之自轉軸又繞著另一軸旋轉的現象,又可稱作旋進。在天文學上,又稱為「歲差現象」。

1簡介

進動(precession)是自轉物體之自轉軸又繞著另一軸旋轉的現象,又可稱作旋進。在天文學上,又稱為「歲差現象」。
常見的例子為陀螺。當其自轉軸的軸線不再呈鉛直時,會發現自轉軸會沿著鉛直線作旋轉,此即「旋進」現象。
對於量子物體如粒子,其帶有自旋特徵,常將之類比於陀螺自轉的例子。然而實際上自旋是一個內稟性質,並不是真正的自轉。粒子在標準的量子力學處理上是視為點粒子,無法說出一個點是怎樣自轉。若要將粒子視為帶質量球狀物體來計算,以電子來說,會發現球表面轉速超過光速,違反狹義相對論的說法。
自旋的進動現象主要出現在核磁共振與磁振造影上。其中的例子包括了穩定態自由旋進(進動)造影。
進動是轉動中的物體自轉軸的指向變化。在物理學中,有兩種類型的進動,自由力矩和誘導力矩,此處對後者的討論會比較詳細。在某些文章中,"進動"可能會提到地球經驗的歲差,這是進動在天文觀測上造成的效應,或是物體在軌道上的進動。
進動
近日點的進動(現象被極度誇大)

  近日點的進動(現象被極度誇大)

2水星進動

水星的軌道偏離正圓程度很大,近日點距太陽僅四千六百萬千米,遠日點卻有7 千萬千米,在軌道的近日點它以十分緩慢的速度按歲差圍繞太陽向前運行,稱為水星進動。

3近日點

水星是距太陽最近的一顆行星,按牛頓的理論,它的運行軌道應當是一個封閉的橢圓。實際上水星的軌道,每轉一圈它的長軸也略有轉動。長軸的轉動,稱為進動。經過觀察得到水星進動的速率為每百年1°33′20〃,而天體力學家根據牛頓引力理論計算,水星進動的速率為每百年1°32′37〃。兩者之差為每百年43〃,這已在觀測精度不容許忽視的範圍了。
歲差運動

  歲差運動

為了給這個差異一個合理的解釋,曾經成功地預言過海王星存在的天文學家勒維耶預言在太陽附近還有一顆未被發現的小行星。由於這顆小行星的作用,導致了水星「多餘」進動。經過多年仔細的搜索,無人發現這顆小行星。看來勒維耶的神算這一次落空了。
原因在哪裡?原來在牛頓力學里,行星自轉是不參與引力相互作用的。在牛頓的萬有引力公式中只有物體的質量因子,而沒有自轉量,即太陽對行星的引力大小隻與太陽和行星的質量有關,而與它們的自轉快慢無關。
但是,在廣義相對論里,引力不僅與物體的質量因子有關,而且也與物體的自轉快慢有關。兩個沒有自轉的物體之間的引力與它們自轉起來之後的引力是不同的。這一效應會引起自轉軸的進動,行星在運動過程中,它的自轉軸會慢慢變化。對於太陽系的行星來說這個效應太小了,不易被察覺,更何況還有其他的因素也會造成行星自轉軸的變化。
根據愛因斯坦引力場方程計算得到的水星軌道近日點進動的理論值與觀測值相當符合。此外,後來觀測到的地球、金星等行星近日點的進動值也與廣義相對論的計算值吻合得相當好。

4自由力矩

只有移動中的物體可以在自由力矩的進動狀態下。例如,一塊被拋出的板材,這塊板材可能以非對稱的軸產生一些自轉的運動。如果這個物體不是理想的固體,內部的渦旋傾向抑制自由力矩的進動。

5減速機

一種進動減速機,其技術特點是:輸入軸的中段為空心曲軸,該曲軸上的行星齒輪所帶的兩個圓錐形滾子齒圈分別與設在端蓋上的固定中心錐齒輪和設在輸出軸上的可動中心錐輪相嚙合。該進動減速機具有多齒嚙合性能,承載能力高、結構緊湊、體積小、傳動效率較高,而且工作可靠。

6陀螺進動

常見的例子為陀螺。當其自轉軸的軸線不再呈鉛直時,會發現自轉軸會沿著鉛直線作旋轉,此即「旋進」現象。另外的例子是地球的自轉。比如以一個陀螺為例,輕輕撥動沿反時針方向急速旋轉的陀螺的右邊就會發現陀螺會向前旋轉。陀螺旋轉時同時進行兩邊的旋轉運動。一種是自己沿著軸旋轉的運動,另一種是沿著軸周圍旋轉的運動。一般旋轉式這兩個運動會保持均衡,如果撥動旋轉的陀螺的一邊,破壞了這種平衡,那麼為了保持平衡陀螺就會反射似地向前旋轉。物理學家們把這種作用稱為"旋進性(Gyroscopic Precession)"(陀螺進動)。
進動

  進動

這概念容易通過慣性的效果來理解。慣性經常被陳述成運動物體傾向於保持運動。在這例子中,旋轉物體的運動是旋轉。如果在一個旋轉物體上施加外力,物體會通過推回去抵抗外力,但反應延遲了。
陀螺進動在直升飛機的飛行控制上也起著巨大的作用。由於直升機后尾的駕駛能力來自(旋轉著的)螺旋槳,陀螺進動起著作用。如果螺旋槳向前傾斜(為了獲得向前的速度),它的逆時針運動需要螺旋槳能通過大概90°(決定於螺旋槳的構造)提供靜推力,或者螺旋槳在飛行員的右側。為了確保飛行員的操作正確,當飛行員把「輪轉棒」向前推,或當「輪轉棒」被向後拉后,再向左推時,飛機有著能把旋轉斜盤傾斜到右側的的矯正連接。
進動的不利之處在於它能使負荷著巨大扭矩的繫結物自己旋松。自行車踏板的曲柄在左手位置是左旋的,因此進動能使它旋緊,而不是旋松。在不怕誘導力矩進動的螺絲出現之前,有些汽車左邊的輪子用的也是左旋螺絲。
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