我太難了,簡直是左右為難!_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-10-19 15:48
原創:中科院物理所
最近小編諸事不順
不禁感嘆
但就在剛才
小編在路邊偶遇一禪師
遂問道
**「**大師,有什麼辦法
能夠走出困境」
大師沒説話
默默地拿出一個神奇的裝置
只是輕撥了兩下
原本要倒的紙板
竟然頑強地站立着
我忽然懂了
**「**大師,你的意思是
縱有疾風起,人生不言棄是嗎」
大師搖了搖頭説道
「我看你這髮量
應該是學物理的吧
這玩意我想了半天沒明白
你能幫我解釋解釋原理嗎」
實驗器材
所標杯、剪刀、指尖陀螺、紙板、雙面膠
實驗過程
首先用剪刀剪出
一個圓形的紙板
在紙板兩面的中心
用雙面膠粘上指尖陀螺
儘量讓兩個指尖陀螺和紙板同心

裝置完成
這時候我們同向撥動兩個指尖陀螺
發現“左右為難”的紙板
竟然可以較穩定的立在桌面上

但當我們異向撥動兩個指尖陀螺
紙板則無法保持穩定

原理解説
指尖陀螺(fidget spinner)是一種形狀扁平的玩具,它的中間有一個軸承,在我們的撥動下,它會繞着這個軸承旋轉。指尖陀螺的邊緣一般會比較重,這可以增加它的轉動慣量,增加旋轉的時長。

指尖陀螺的本質是一個陀螺,陀螺有很有趣的特性,一個是定軸性,即在不受外力矩時,由於角動量守恆,它會保持自身的轉軸方向不變。另一個是進動性,即如果存在外力矩,且這個外力矩的方向不沿着轉軸的方向,那麼陀螺就會出現進動。陀螺的進動角速度大小與陀螺的轉動角速度大小存在反比關係,這就是陀螺轉動的越快就越穩定的原因。

陀螺的進動
實驗中的裝置如下圖,實驗中最有趣的現象是:如果我們同向撥動兩個指尖陀螺,裝置可以穩定的立在桌面上。但是,如果我們異向撥動兩個指尖陀螺,裝置就無法保持穩定。小編查閲了相關資料,一通分析後覺得這與陀螺的進動有密切的關聯。
實驗裝置圖
當我們同向撥動兩個指尖陀螺時,兩個陀螺的角動量方向相同,互相疊加。此時,忽略軸承處的摩擦力,陀螺沿轉軸方向的角動量是守恆的。在重力矩的作用下,為了保持軸向角動量不變,陀螺發生進動,由於兩個陀螺轉速較快,而且是二者疊加,所以進動的角速度很慢,因此紙板能夠穩定地立在桌面上。但是,如果是反向撥動兩個陀螺,二者的角動量方向相反,互相抵消,陀螺的進動作用相互抵消,整個裝置也就不能穩定了。這一原理在一些機械工程被得到應用,它可以使高速旋轉的部件易於被人們操作。
分析完這個有趣的現象後,小編轉起了手上的指尖陀螺,而另一隻手,拿起了所標杯,喝了一口濃茶,心滿意足地點了點頭。小編的生活,就是這樣樸實無華且枯燥。
提醒:各位讀者在玩的時候要注意安全,切勿用具有危險性的指尖陀螺做實驗。
圖片來源:
指尖陀螺:www.wattpad.com
陀螺的進動:jingyan.baidu.com