每個消失的自行車胎都有個成為陀螺儀的夢想 | 正經玩_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-11-14 21:26
小編有輛心愛的自行車
風裏雨裏都陪我走過
然而有一天!
它的前胎不見了!
年輕人吶
不講武德!
實驗器材
所標杯、工具人、旋轉座椅、自行車胎

實驗過程
安全提示
實驗危險,小朋友請在大人陪同下進行
首先將輪胎旋轉起來
然後坐在旋轉椅上的工具人手持輪胎
左右偏轉旋轉中的輪胎
會發現工具人跟旋轉椅一起旋轉起來
原理解説
震驚!為了演示陀螺儀的旋轉,某男子竟卸下朋友的自行車前輪!
明明我趁着椅子不注意,悄咪咪地歪斜下輪子,為什麼還是被它發現了!等試了兩下之後才發現,輪子的運動和椅子的轉動似乎是有聯繫的,可以通過轉動輪子控制椅子的轉動,看起來好像開着美人魚戰士和企鵝男孩的透明汽車。
這是為什麼呢?
正如平動的物體有動量一樣,轉動的物體也有角動量:
其中

為轉動物體與轉軸之間的位移,
為轉動物體的動量。
類比動量守恆定律,在沒有外力矩的情況下,角動量也是守恆的。將人、椅子和轉輪視為一個整體,最初只有輪子在豎直轉動,系統角動量如圖所示:

角動量大小為
,方向水平向右,豎直方向角動量為0。
當輪子有一個傾角時,角動量的方向隨之發生了變化,豎直方向份量為
。因為系統豎直方向沒有受到外力矩,因此各部分豎直方向的角動量之和應該是不變的。所以,椅子該出手時就出手,帶着人轉動產生一個新的角動量
,確保
。

角動量守恆在生活中隨處可見,比如下落的貓。
圖片來源:wikipedia
在空間站中,水平、豎直方向都可以不受力矩作用,因此可以通過改變陀螺儀的狀態,控制空間站的任何轉動自由度。
最後,想要投稿但是沒有輪子的小朋友,不要學小編拆掉自行車輪做實驗,會被媽媽打的哦!被抓到了也一定不要出賣小編(小聲)。