一种天体运行模拟装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种天体运行模拟装置及其方法，天体运行模拟装置包括桶状体、弹性薄膜、鼓风机，以及至少两个球体；所述弹性薄膜封盖在所述桶状体的上方口沿上；所述球体放置在所述弹性薄膜上，用于模仿天体或者暗物质；所述弹性薄膜上密布有气孔；所述鼓风机通过进气管路与所述桶状体的内部空间连通，用于向桶状体内吹风并形成正压，桶状体内的气体自所述气孔排出，用于承载所述球体的部分重力。本发明专利技术结构简单，能够用来模拟天体公转、万有引力、暗物质、暗能量、宇宙膨胀以及引力波等天体运行规律，将晦涩难懂的天文知识清晰地展示给学生，很好地普及天文知识，便于普通大众理解。

【技术实现步骤摘要】
一种天体运行模拟装置及其方法
本专利技术涉及天文物理教学器具
，尤其是涉及一种天体运行模拟装置及其方法。
技术介绍
天文物理学是研究宇宙的物理学，这包括星体的物理性质和星体与星体彼此之间的相互作用。其中，物理性质包括光度、密度、温度以及化学成分等性质。由于天文物理学是一门很广泛的学问，通常需要涉及很多不同的学术领域，像经典力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等。天体运行以及彼此作用的等理论通常晦涩难懂，而且现有的教学教具都无法给学生以直观的展示和解释。由此导致学生们不能完全理解和掌握天文物理学的基本原理和知识。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天体运行模拟装置及其方法，以解决天体运行以及彼此作用的等天文物理理论晦涩难懂，而且现有的教学教具都无法给学生以直观的展示和解释的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种天体运行模拟装置，包括：桶状体、弹性薄膜、鼓风机，以及至少两个球体；所述弹性薄膜封盖在所述桶状体的上方口沿上；所述球体放置在所述弹性薄膜上，用于模仿天体或者暗物质；所述弹性薄膜上密布有气孔；所述鼓风机通过进气管路与所述桶状体的内部空间连通，用于向桶状体内吹风并形成正压，桶状体内的气体自所述气孔排出，用于承载所述球体的部分重力。进一步地，所述气孔的孔径大小为0.03-1mm。在本专利技术中，气孔为针眼大小的通孔，桶状体内的正压气体自气孔排出，可以减小球体对弹性薄膜的压力，进而可以减小弹性薄膜对球体运行的阻力，延长球体在模拟天体运行时的阻力，延长球体的运转时间，从而可以更真实地模拟天体运行的规律。进一步地，所述弹性薄膜为橡胶薄膜、硅胶薄膜、聚烯类薄膜、聚酯类薄膜或者聚氨酯类薄膜。进一步地，所述桶状体外圆周上设置有环形凹槽，用于承接从所述弹性薄膜上滑落的所述球体。进一步地，所述球体为引力模拟球，引力模拟球包括：第一球体和第二球体，所述第一球体的质量大于第二球体的质量。进一步地，所述第一球体的质量是所述第二球体质量的10-50倍。进一步地，所述第一球体的质量与所述弹性薄膜的弹性相关，第一球体放置在所述弹性薄膜上，弹性薄膜的凹陷后形成一个喇叭口型斜坡，所述斜坡的坡度为10-100％。进一步地，所述球体为暗物质模拟球，暗物质模拟球为轻质小球，单个所述暗物质模拟球放置在所述弹性薄膜上，弹性薄膜不会产生肉眼可见的形变。进一步地，所述暗物质模拟球的颜色与所述弹性薄膜一致。进一步地，所述球体为磁性球。采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的一种天体运行模拟装置，结构简单，能够用来模拟天体公转、万有引力、暗物质、暗能量、宇宙膨胀以及引力波等天体运行规律，将晦涩难懂的天文知识清晰地展示给学生，很好地普及天文知识，便于普通大众理解。另外，本专利技术还公开了一种采用上述天体运行模拟装置的天体运行模拟方法，用于模拟万有引力和天体公转，其具体包括如下步骤：S11.所述球体为引力模拟球，包括：第一球体和第二球体，所述第一球体的质量大于第二球体的质量；S12.将所述第一球体放置在所述弹性薄膜上，第一球体迫使所述弹性薄膜凹陷；S13.将所述第二球体放置在所述弹性薄膜上，所述第二球体逐渐向所述第一球体靠拢，且随着第一球体和第二球体的距离减小，所述第二球体靠近的速度逐渐加快，由此用于模拟万有引力；当所述第二球体以大于设定的初速度运行，以致于第二球体的离心力不小于迫使第二球体靠近所述第一球体的引力时，第二球体围绕着第一球体转动，由此用于模拟公转；S14.在步骤S13中，所述鼓风机通过进气管路向所述桶状体的内部空间吹入气体，桶状体内的正压气体自所述气孔排出，用于趋向于托起所述第二球体进而减小第二球体的运动阻力。进一步地，所述正压气体作用在所述第二球体上的浮力小于所述第二球体的自身重量。进一步地，所述第一球体的质量是所述第二球体质量的10-50倍。进一步地，所述第一球体的质量与所述弹性薄膜的弹性相关，第一球体放置在所述弹性薄膜上，弹性薄膜的凹陷后形成一个喇叭口型斜坡，所述斜坡的坡度为10-100％。另外，本专利技术还公开了一种采用上述天体运行模拟装置的天体运行模拟方法，用于模拟暗物质，其具体包括如下步骤：S21.所述球体为暗物质模拟球，所述暗物质模拟球的颜色与所述弹性薄膜一致；且暗物质模拟球为轻质小球，单个所述暗物质模拟球放置在所述弹性薄膜上，弹性薄膜不会产生肉眼可见的形变；S22.将多个所述暗物质模拟球放置在所述弹性薄膜上，当聚集在一起的所述暗物质模拟球达到一定数量时，所述弹性薄膜发生凹陷性的形变，进而模拟出肉眼不可见，但是大量聚集在一起时产生的万有引力，可以改变光和引力的暗物质。暗物质是真实存在于宇宙中，但是对电磁波无响应的物质，因此电磁波探测器，包括人类的眼睛，都看不到它，但是大量的暗物质聚集在一起时，产生的万有引力，可以改变光和引力，科学家由此推测出它的存在。用大量颜色与弹性薄膜完全相同的轻质小球来模拟暗物质，调暗光线，把一个轻质小球放在弹性薄膜上，由于颜色完全相同，观察者很难看不出来轻质小球在弹性薄膜上的存在，由于轻质小球轻质，少量的轻质小球甚至很难引起弹性薄膜的形变，观察者也就不能通过弹性薄膜的形变来推测到轻质小球的存在。只有当大量的轻质小球聚集在一起时，观察者虽然看不到清晰的轻质小球，但是却能通过弹性薄膜表面的形变，即我们模拟出来的引力的变化，推测到轻质小球的存在。另外，本专利技术还公开了一种采用上述天体运行模拟装置的天体运行模拟方法，用于暗能量和宇宙膨胀，其具体包括如下步骤：S31.关闭所述鼓风机，将多个所述球体投掷在所述弹性薄膜上，最终所有的所述球体最终汇聚在一起，由此模拟宇宙在没有暗能量支撑时最终会坍缩的物理现象；其中，多个所述球体的密度和质量不尽相同；S32.开启所述鼓风机，所述桶状体内气压不断增加，进而迫使所述弹性薄膜缓慢鼓起；所述球体逐渐向从弹性薄膜中间向四周滚落；其中，所述球体包括用于模拟暗物质的轻质球和用于模拟星球天体的重质球；所述重质球的质量和密度大于所述轻质球；所述轻质球向四周滚落的时间早于所述重质球，进而用于模拟暗能量不断推动宇宙膨胀。进一步地，步骤S32中所述球体包括用于模拟星球公转的若干个所述重质球，所述重质球随着所述弹性薄膜的逐渐鼓起，所述重质球的公转半径逐渐加大，公转速度也逐渐加快直至滚落出所述弹性薄膜，进而用于模拟宇宙在暗能量的作用下势不可挡地膨胀下去，并且膨胀的速度越来越快。如果没有暗能量，宇宙应该在万有引力的作用下坍缩。鼓风机吹入所述桶状体内的正压气体可以被理解暗能量。在关停鼓风机后，在弹性薄膜上投入大量球体，可以观察到代表天体的球体们最终会聚在一起，聚成一团。这是模拟没有暗能量的时候，宇宙最终会坍缩的模型。而暗能量在宇宙中基本均匀分布，推动宇宙膨胀，即其负压的特征，可以用鼓风机完美的展示出来。打开鼓风机，调到适当强度，再次投入大量的球体，可以观察到球体们从弹性薄膜的边缘滚落。而且最开始大量滚落的就是用来模拟暗物质的轻质小球，这与目前研究发现的暗能量正在导致暗物质消失的现象相似。然后所有模拟星球天体的球体之间的距离都在增大，而且增大的速度越来越快，最终所有球体都会从弹性薄膜的边缘滚落，模拟了宇宙在暗能量的作用下势不可挡的膨胀下去，并且膨胀的速度越来越快。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天体运行模拟装置，其特征在于，包括：桶状体、弹性薄膜、鼓风机，以及至少两个球体；所述弹性薄膜封盖在所述桶状体的上方口沿上；所述球体放置在所述弹性薄膜上，用于模仿天体或者暗物质；所述弹性薄膜上密布有气孔；所述鼓风机通过进气管路与所述桶状体的内部空间连通，用于向桶状体内吹风并形成正压，桶状体内的气体自所述气孔排出，用于承载所述球体的部分重力。

【技术特征摘要】
1.一种天体运行模拟装置，其特征在于，包括：桶状体、弹性薄膜、鼓风机，以及至少两个球体；所述弹性薄膜封盖在所述桶状体的上方口沿上；所述球体放置在所述弹性薄膜上，用于模仿天体或者暗物质；所述弹性薄膜上密布有气孔；所述鼓风机通过进气管路与所述桶状体的内部空间连通，用于向桶状体内吹风并形成正压，桶状体内的气体自所述气孔排出，用于承载所述球体的部分重力。2.根据权利要求1所述的天体运行模拟装置，其特征在于，所述气孔的孔径大小为0.03-1mm。3.根据权利要求1所述的天体运行模拟装置，其特征在于，所述弹性薄膜为橡胶薄膜、硅胶薄膜、聚烯类薄膜、聚酯类薄膜或者聚氨酯类薄膜。4.一种采用权利要求1-3任一项所述的天体运行模拟装置的天体运行模拟方法，其特征在于，用于模拟万有引力和天体公转，其具体包括如下步骤：S11.所述球体为引力模拟球，包括：第一球体和第二球体，所述第一球体的质量大于第二球体的质量；S12.将所述第一球体放置在所述弹性薄膜上，第一球体迫使所述弹性薄膜凹陷；S13.将所述第二球体放置在所述弹性薄膜上，所述第二球体逐渐向所述第一球体靠拢，且随着第一球体和第二球体的距离减小，所述第二球体靠近的速度逐渐加快，由此用于模拟万有引力；当所述第二球体以大于设定的初速度运行，以致于第二球体的离心力不小于迫使第二球体靠近所述第一球体的引力时，第二球体围绕着第一球体转动，由此用于模拟公转；S14.在步骤S13中，所述鼓风机通过进气管路向所述桶状体的内部空间吹入气体，桶状体内的正压气体自所述气孔排出，用于趋向于托起所述第二球体进而减小第二球体的运动阻力。5.根据权利要求4所述的天体运行模拟方法，其特征在于，所述正压气体作用在所述第二球体上的浮力小于所述第二球体的自身重量。6.根据权利要求4所述的天体运行模拟方法，其特征在于，所述第一球体的质量是所述第二球体质量的10-50倍；所述第一球体的质量与所述弹性薄膜的弹性相关，第一球体放置在所述弹性薄膜上，弹性薄膜的凹陷后形成一个喇叭口型斜坡，所述斜坡的坡度为10-100％。7.一种采用权利要求1-3任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文瀚，戴美林，薛志勇，马卫华，李雪松，武加朋，
申请(专利权)人：华北电力大学扬中智能电气研究中心，
类型：发明
国别省市：江苏,32