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求极限角与稳定角约是52度的数学证明!

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/07/18 00:24:27
求极限角与稳定角约是52度的数学证明!
注意是数学上的证明.给实验的一律不看
世界上许多古代伟大建筑,随着岁月的流逝,有的倒塌了,有的消失了,只有金字塔岿然傲立。这其中有什么秘密呢?我们先来做个试验吧。
把一些米、沙子、碎石子分别自上而下慢慢倾倒,我们发现,一会儿它们就形成了3个圆锥。尽管质量、体积不同,但形成的形状却异常相似。它们的锥角角度相同,都是52度!52度,这种自然形成的角是最稳定的角,人们把它称为“自然塌落现象的极限角和稳定角”。金字塔的锥角正好是51度50分9秒,说明金字塔可能就是按照这种“极限角和稳定角”来建造的。胡夫金字塔是最大的金字塔,也是法国埃菲尔铁塔建成前世界上最高的建筑物,而且经历了3次地震,至今依然屹立不倒。建议大家看一看这个网站:
郭敦顒回答:这要从物体自然堆积结构原理说起,先以等球体的紧密堆积结构状况来说.设等球体的半径为R=1,3只球心为A、B、C,它们紧密相连,于是成等边△ABC,AB=BC=AC=2,切点为D、E、F,AD⊥BC,BE⊥AC,CF⊥AB,AD=BE=CF=√3,△ABC的内心(重心,垂心)为G,则AG=(2/3√3)=1.1547球A、B、C的上层的球其球心为P,必然是位于球A、B、C上层的凹处,这是最坚固的自然选择.于是PG⊥AG,PA=2,cos∠PAG=1.1547/2=0.5774,∠PAG=54.736°,作球P、A的切线MN交GA延长线于K,则MK∥PA,∠MKA=54.736°.∠MKA=54.736°就是等球体紧密堆积结构状况的“休止角”,亦即“极限角和稳定角”.但物体自然堆积的极限角和稳定角为52°,而上面的计算结果为54.736°,何以如此?因物体自然堆积的平面结构不可能是紧密型的而是松散型的,紧密型的AG=1.1547,而松散型的AG1=1.0664AG=1.0664×1.1547=1.2313,将1.0664称为物体自然堆积的平面离散系数,于是,上层球心为P1,P1G1⊥AG1.平面结构是紧密型的,但上下层间的结构却是紧密型的,所以P1A=2,cos∠P1AG1=1.2313/2=0.61566,∠P1AG1=52°,将此角移到外部切线处形成切线角θ,θ=52°就是物体自然堆积的极限角和稳定角亦称为休止角.
 M

                                              P                                                P1
                                                      C
N

θ G  G1   D   K              A

 F
B此图是二图合一式的示意图,并不规范:△ABC部分为俯视图;XAGG1P1PM为正视图.虽不规范,但易于从二图之间的公共线AG、AG1看出它们之间的关系.
再问: 能否用次方法给出更精确的值?比如说51度50分9秒?另外,我不觉得上一个回答者猜想的黄金比例仅仅是巧合,我查过资料,物体按照黄金螺线排列是最紧密的,比如向日葵的籽以及以下摘抄:数学家已经证明,黄金角是让种子不留间隙生长的唯一角度。让发散角等于黄金角,就是最紧密、最有效的排列方式。这和您证明中所用到的“紧密”相关联,可否为我解惑?谢谢还有,底面的球不一定是三个,虽然有三角形的稳定性这个性质存在。
再答: 郭敦顒继续回答: 我认为我的回答并不能称得起严格意义上的证明,只不过是一种阐明而已。当然这有三点重要意义: (1)从理论上给出了上限角54.736°,52°<54.736°; (2)物体自然堆积的平面结构是松散型的,而上下层间的结构是紧密型的,这符合实际; (3)提出了物体自然堆积的平面结构离散系数的概念,并给出了这个值1.0664。 而需要严格证明的正是这个系数值1.0664,这需要数学家和物理学家共同来证明,我这里只不过是抛砖引玉而已。
再问: 不要激动啊。。。我也十分认可你。。只是我很想知道答案。。建议一个网址http://www.qqtz.com/read-htm-tid-85290.html
再答: 郭敦顒回答: 没激动,是自然的。你提供的是一组好文,谢谢! 我回答过用黄金黄金比例确定室内景观设计方面的提问。