旋轉，跳躍，我閉着眼，大爺大媽看了都説學不來！| 正經玩_風聞

原創：中科院物理所

作為一個重度選擇障礙者

每次糾結的時候真的彷彿一個擺鐘

今天我們就一起來做個最糾結的擺

實驗器材

所標杯、彩虹圈、支架、膠帶、橡皮泥、竹籤

實驗過程

我們來看一下彩虹圈有什麼性質：

我們先讓彩虹圈自然下垂，

輕輕擊打一下彩虹圈底部

或者用彩虹圈輕輕撞一下桌角

我們看到彩虹圈底端從一個方向的擾動

逐漸變成雜亂的橢圓運動

這其實就是一個耦合的現象，

通過彈簧螺旋的結構

將一個方向的擾動傳遞至了各個方向

而韋氏擺其實就是一個耦合現象的極致

那我們再進一步

在彩虹圈底部粘住一個尺子

將尺子抬起一定的高度然後鬆手

我們看到下落的到底部的時候

尺子開始轉動了起來

這種伸縮-旋轉的耦合

便是韋氏擺的雛形

我們可以改變彈簧的長度以及釋放的高度

再試試看

我們可以發現在合適的長度時

尺子的轉動幅度先是增大然後減小

在減小至停下片刻之後又開始轉動

當然這個尺子的轉動慣量有點小

吸收不了全部的伸縮方向的動能

我們可以用綁着橡皮泥的竹籤試一試

在竹籤飛速旋轉的時候

彈簧的伸縮幾乎暫停住了

感覺非常地奇妙

並在旋轉減弱時

逐漸恢復了伸縮的振動

原理解説

由於彩虹圈螺旋狀的結構，無論進行伸縮、擺動還是轉動都會通過內部形變而產生的張力傳遞至各個方向上，所以它們之間會互相耦合。而當耦合的兩種振動模式的頻率相近，產生共振時，互相之間傳遞能量的速率最大。

隨着彩虹圈長度的不同，伸縮方向的振動頻率變化很大，轉動方向的頻率變化相對較小。所以可以找到一個兩者接近的值，讓兩種振動模式的動能更好地傳遞。

當然相比於理想的實驗裝置，比如質量忽略不計的彈簧，彩虹圈的質量帶來的影響是很多的，比如彩虹圈在伸縮方向除了末端的振動還有內部的機械波，並且在掛着的物體較輕（比如尺子）時，旋轉的振幅會非常受限。