愛的魔力轉圈圈，中秋佳節要團圓！Skr~ | 正經玩_風聞

原創：中科院物理所

中秋佳節

是我國的傳統節日

人們以月之圓兆人之團圓

但由於各種原因

並不是每個人

都能在今天和家人團聚

今天小編就利用我們

心與心之間的振動

來感受團圓的氛圍

實驗器材

所標杯、雙面膠、瓶蓋、刷子、膠帶、泡沫塊、馬達、導線、電池組

實驗過程

看到實驗器材你可能會一頭霧水

這是什麼奇葩組合

沒關係

一張圖讓你看明白組裝過程

用雙面膠將各部分組裝完成

最後用膠帶加固一下馬達

自帶滑稽

下面是最重要的一步

在瓶蓋上鑽一個偏心的孔

然後把它和馬達連接起來

這樣

一個（滑稽）刷子車就完成了

打開馬達開關

來看看它的表現吧

愛的魔力轉圈圈？

再來兩個伴舞的所標杯

網絡姻緣一線牽

原理解説

實驗中的這個裝置將振動轉化為水平運動，實現了無輪行駛。我們着重分析它的運動原理以及轉圈的成因。

首先，由於瓶蓋的轉軸並沒有經過瓶蓋的圓心，因此瓶蓋就成了一個偏心輪。偏心輪在馬達的帶動下，發生轉動時，會產生振動，這種振動通過馬達與刷子之間的連接進行傳遞。這樣，我們就相當於對刷子產生了一個週期性的驅動力。刷子會在這個驅動力的作用下產生受迫振動。（順便提一句，如果驅動力的頻率恰好與刷子的固有頻率一致，刷子會因為共振而產生劇烈的振動）

裝置示意圖

刷子振動時，刷毛會因為受驅動力作用而產生彎曲。由於刷毛具有一定的彈性，所以在驅動力較小時刷毛會發生回彈。而回彈的力與刷毛材質以及刷毛的方向有關，刷毛材質影響的是力的大小，而刷毛的方向則會影響力的方向（見下圖）。

刷毛示意圖（紅色箭頭表示刷毛的彈力，藍色箭頭表示彈力的水平與垂直分量）

由於我們常用的刷子的刷毛方向是雜亂無章的，所以，在刷子振動時，刷毛會產生很多不同方向的力。這些力很難在水平方向平衡，所以水平方向的合力就成了使刷子水平運動的驅動力。

刷毛

其次，在實驗中，我們發現，當馬達位於刷子的一側時，刷子會開始繞圈圈。這是由於馬達一側的刷毛形變程度相比沒有馬達的一側，會大很多。相應的，刷毛的彈力也會大一些。這就導致刷子的兩側出現了速度差，與差速轉向的原理類似，刷子會因此而發生轉動。挖掘機、坦克車的轉向也是這一原理。至於轉圈的方向，由於刷毛太多，加上運動過程中外部環境存在一定的干擾，所以刷子的轉圈方向具有不確定性，可能順時針，也可能逆時針。

坦克轉向

這裏有一個問題留給大家思考，如果地面是光滑的，我們這個裝置還能“逮蝦户”（轉圈圈）嘛？最後祝大家中秋節快樂！

圖片來源：

刷毛：www.myzaker.com

坦克轉向：www.sohu.com