玩具小火箭為啥能旋轉上升？從有趣現象揭秘鬥陀螺原理 【萌萌戰隊】

他說不久前 一位好奇網友在百無聊賴中研究幼兒玩具 赫然發現套在鐵絲上的小火箭 只要轉得夠快 就可原地升空 經多次試驗 該網友始終不明就裡 於是又轉動旁邊的木頭珠子 竟然也可原地起飛 於是 他錄製了這段視頻 想知道鐵絲上的旋轉體為啥能克服重力瞬間爬高 觀察發現 小火箭快速旋轉時會不斷和穿過內孔的鐵絲碰撞 看來快速而持續的碰撞 很可能就是上升的原因所在 既然如此 咱們也在鐵絲上套個小火箭 撥動它 沿著順時針快速旋轉起來 發現中孔和細桿發生碰撞時 孔的內壁因接觸細桿而受到反向的滑動摩擦力 如果此時接觸點在內孔的下邊緣 那麼摩擦力就會製造旋轉力矩使物體向左傾斜 這樣接觸點順時受到的摩擦力就指向了右上方 只要摩擦力夠強 向上的分粒就可支撐小火箭上升 既然真相大白 那麼本期節目就進入了尾聲 祝各位觀眾晚安 等一下 剛才我聽見有人說如果是內孔的上邊緣接觸到鐵絲 就會使小火箭被摩擦力推動而右傾 結果就是接觸點的順時摩擦力指向右下方 這豈不是飛不起來了? 既然今天沒糊弄過去 那我再仔細看看視頻 發現小火箭碰撞鐵絲時似乎是在反復橫跳 這又是怎麼回事呢? 原來這個快速旋轉的小火箭接觸錫杆時 並不像我們想像的會被邊緣的摩擦力推動而傾斜 由於此刻它可看成旋轉的陀螺 具有保持軸線穩定的能力 因而能抵抗外力矩的擾動 總是保持著內孔軸線和錫杆平行的趨勢 由於具有了陀螺穩定性 當內軸孔和錫杆發生摩擦時 旋轉體不僅自轉 還整體繞著接觸線旋轉而公轉起來 使該物體的制心也開始做圓周運動 如此一來 旋轉體就被離心作用壓緊在錫杆上 雖然這樣並不能使摩擦力向上偏斜 但卻會使旋轉體的軸線在頻繁衝擊中受到偏斜的擾動 於是瞬間的擾動力矩就是這個陀螺發生靜動效應 也就是陀螺為了抵抗外力矩 而朝著力矩同向旋轉90度的方向偏轉的動作 正是由於這個特性 當小火箭在旋轉中遇到衝擊而受到傾斜力矩時 它就會向力矩旋轉90度的方向偏擺靜動 以此來產生抵抗衝擊擾動的穩定力矩 因此內孔會出現橫跳 而每次橫跳時 中軸線的偏擺靜動方向又和它自轉及公轉的方向相同 使旋轉和偏擺出現姿態疊加 變成上端領先下端的傾斜接觸 導致摩擦力向上偏斜 但這種狀態無法維持 會立即受到衝擊擾動 所以又繼續靜動橫跳 因此放慢畫面會看到小火箭和木珠子的內孔接觸點 都是在旋轉中快速跳動 正是如此才使旋轉體的內孔軸線接觸細感時保持前傾 從而獲得了摩擦力的託舉 同時這一原理對戰鬥陀螺比賽也很有幫助 如果你的陀螺比較重而且轉速高 那麼遇到實力接近的對手時 就可採取同向旋轉策略 因為兩個陀螺接觸瞬間 會產生強勁的摩擦力 而摩擦力所製造的傾斜力矩 雖然會被陀螺的穩定性所抵抗 但代價就是自轉軸朝著力矩旋轉90度的方向偏斜進動 如圖所示 無論朝哪個方向旋轉 摩擦力導致的進動偏轉 都會讓兩個陀螺趨於彼此靠近 這樣轉動動能更足的陀螺 就可通過高頻率對撞 儘快耗盡對方能量而勝出 但如果你只有個重量輕且轉速慢的不鏽鋼蓋子 那就要採取逆向旋轉策略 也就是要和對手陀螺保持反向旋轉 這樣一旦接觸就會通過摩擦受到對方的助力 同時摩擦力的力矩導致的進動效應 又能讓較弱的選手在受到偏轉力矩擾動時 具有比對手更快的進動速度 從而加速偏轉逃離追殺 所以逆向旋轉大法可讓茶缸蓋在接觸時沾光 而逃跑時對手還追不上 最後硬是靠草船借箭讓強壯的對手窩囊而死