科学常识中硬币旋转的原理是什么?
加币一元铜板买不到什么东西,但在桌上旋转倒还行。这种硬币虽然个儿颇大,还是可以转得相当平稳。不过它在旋转时,基本上可以说是在同一个地点不断旋转,不太会转离原地。在旋转的同时它还会摇晃,像陀螺在稍稍慢下来时的情况一样。 当它摇晃得愈来愈厉害,愈来愈偏离原来的旋转轴时,会倾斜得愈厉害,发出来的声音也会跟着改变。最早的旋转只会发出“沙沙”的摩擦声,等到硬币的摇晃明显加速之后会发出嗡嗡声,最后会突然“轰”的一声停了下来。 很多科学家注意到硬币旋转的问题。但科学象并不喜欢用硬币,而比较喜欢用一种理想化的圆盘。他们想知道圆盘旋转时为什么会有这种奇怪的行为,尤其是最后那短暂的片刻。他们喜欢把这个阶段...全部
加币一元铜板买不到什么东西,但在桌上旋转倒还行。这种硬币虽然个儿颇大,还是可以转得相当平稳。不过它在旋转时,基本上可以说是在同一个地点不断旋转,不太会转离原地。在旋转的同时它还会摇晃,像陀螺在稍稍慢下来时的情况一样。
当它摇晃得愈来愈厉害,愈来愈偏离原来的旋转轴时,会倾斜得愈厉害,发出来的声音也会跟着改变。最早的旋转只会发出“沙沙”的摩擦声,等到硬币的摇晃明显加速之后会发出嗡嗡声,最后会突然“轰”的一声停了下来。
很多科学家注意到硬币旋转的问题。但科学象并不喜欢用硬币,而比较喜欢用一种理想化的圆盘。他们想知道圆盘旋转时为什么会有这种奇怪的行为,尤其是最后那短暂的片刻。他们喜欢把这个阶段的动作称为“战抖”。
要想了解为什 么科学家对这个可以用任何硬币在桌面做的事这么感兴趣,你必须了解两个不同 的效应。硬币不仅会旋转,还会转一转后开始摇晃这两个效应就是“旋转”和“摇晃”。如果你用拇指和食指捏住硬币,让它以侧边直立在桌上然后旋转它,它会以侧边站立旋转,有时还能支持好一阵子。
这个现象并没有什么奇怪的。毕竟,要让一个硬币站立并不太难。根据一位英国数学家的计算,如果你向空中抛出一个硬币,它也有机会在掉下来的时候刚好站着,虽然机会很小,但肯定是有机会的。不过硬币转了一阵子之后必定会开始摇晃,这是无法避免的事,它开始丧失稳定性,这时候它已经不是站在自己的侧边,而是站在侧边的边缘。
这是摇晃的开始,一种和转动完全不同的现象。摇晃的情形在陀螺身上看得比较清楚,因为陀螺有个旋转轴可以辨认。不管陀螺是什么形状、怎么设计的,它的旋转中心就是旋转轴。即使陀螺仍在高速旋转,—旦开始摇晃你就能看得很清楚。
开始时可能摇晃得很慢,但摇晃的圆会愈来愈大,这种运 j动现象有个专门的术语,叫做“进动”。就连地 胃球的自转轴也会发生进动。地轴进动的结果之一,是北极星的漂移。今天的北极星在数千年以前,位置根本不在北方,完全没资格称为“北极星”。
但由于地轴的摇晃,也就是进动,我们现在终于有了这颗北极星。当陀螺开始进动之后就不可能再回头 了,它在空中摇晃的圆圈会愈来愈大,最后终于倒在桌上,结束旋转。硬币的旋转和这个很类似,只是它的摇晃并不明显,不太容易看得出来。
它的旋转情况很容易掌握,但由于不容易追踪旋转轴,不像陀螺那样可以由旋转轴 判断何时开始摇晃,而是要由硬币侧边和桌面的实际接触点来判断,也就是这个 点在摇晃,进一步在桌面上晃出愈来愈大的圈圈。有个很好的办法可以检视硬币的摇晃情形,就是当它开始摇晃时,由它的正上方看下来。
它转得很慢,但的确在旋转。不过如果你从桌面平视硬币,你会看 到硬币侧边上的接触点在桌面上画圆圈,它画圈的速度可比转动快多了,这感觉 就像在观众席里跳波浪舞,虽然人都在位置上不动,但波浪却能传遍整个体育馆。收起