物理论文——基于悠悠球中的物理原理
- 格式:doc
- 大小:1007.00 KB
- 文档页数:6
溜溜球原理溜溜球是一种古老而又经典的玩具,它的运动原理十分有趣。
溜溜球的核心部分是一个球体,外面包裹着一个可旋转的环。
当我们用力拉动溜溜球上的绳子,球体就会开始旋转,同时环也会随之旋转。
溜溜球在地面上滚动时,由于环的旋转,会产生一种特殊的动力,使得溜溜球能够保持平衡并且保持一定的速度前行。
溜溜球的运动原理可以用物理学的知识来解释。
首先,我们知道,当一个物体旋转时,它会产生离心力。
这个离心力会使得溜溜球的环保持平衡,不会倾斜或者偏离轨道。
同时,由于离心力的作用,溜溜球的速度也会保持稳定,不会突然加快或者减慢。
其次,溜溜球的滚动原理也十分有趣。
当我们用力拉动溜溜球的绳子,球体开始旋转,离心力使得环保持平衡,同时球体的旋转也会使得溜溜球产生前进的动力。
这种动力使得溜溜球能够在地面上滚动,而且还能够保持一定的速度。
这就好像是一个小型的滚动轮,能够自行前进,非常有趣。
溜溜球的原理虽然看似简单,但其中蕴含着丰富的物理学知识。
通过溜溜球的运动原理,我们可以更加深入地理解离心力、动力和平衡的关系。
同时,通过制作溜溜球的实验,也可以让学生们在动手操作中学习物理学知识,提高他们的实践能力和动手能力。
除此之外,溜溜球的原理还可以应用在其他领域。
比如,一些工程师可以借鉴溜溜球的原理,设计一些新型的滚动装置,用于特定的工业生产中。
通过深入研究溜溜球的原理,我们还可以发现更多有趣的物理学现象,并且将这些现象应用到生活和工作中,推动科学技术的发展。
总之,溜溜球的原理虽然简单,却蕴含着丰富的物理学知识。
通过深入研究溜溜球的运动原理,我们可以更好地理解物理学的一些基本概念,同时也可以将这些原理应用到实际生活和工作中。
溜溜球不仅是一种玩具,更是一个富有启发意义的物理学实验。
通过这种经典的玩具,我们可以更好地了解物理学知识,激发对科学的兴趣,同时也可以在实践中提高自己的动手能力和实验能力。
让我们一起来深入探究溜溜球的原理,探索其中的奥秘,让我们的生活更加丰富多彩!。
写溜溜球的说明文500到600
写溜溜球的说明文如下:
标题:溜溜球的原理与玩法
一、引言
溜溜球,又称悠悠球,是一种源于中国的古老玩具。
它具有深厚的历史底蕴和丰富的文化内涵。
溜溜球的起源可以追溯到中国南北朝时期,是古老的“空竹”玩具的一种。
然而,它的发展和流行却是在近几十年。
如今,溜溜球已经成为全球广受欢迎的玩具之一。
二、溜溜球的原理
溜溜球的原理主要是基于物理学的“能量守恒”和“动量守恒”原理。
当玩家向下甩出溜溜球时,给予了溜溜球动能,使它获得一个向下的速度。
当溜溜球回到玩家手中时,由于重力的作用,它会获得一个向上的速度。
这个过程反复进行,就形成了我们看到的“悠悠球”上下摆动的景象。
三、溜溜球的种类与玩法
睡眠型:这种类型的溜溜球可以在空中停留较长的时间,适合进行各种花式表演。
离合型:这种类型的溜溜球可以通过离合装置控制线的长度,适合进行近距离的表演。
回旋型:这种类型的溜溜球可以通过特殊的机构使球在空中进行旋转,适合进行高难度的花式表演。
溜溜球的玩法多种多样,包括但不限于:睡眠表演、离合表演、回旋表演等。
玩家可以通过不同的手法和技巧,创造出一系列令人眼花缭乱的花式表演。
四、结论
溜溜球不仅仅是一种玩具,更是一种手脑并用、寓教于乐的健身活动。
它不仅具有深厚的文化底蕴,还融合了物理学的原理。
通过玩溜溜球,玩家不仅可以锻炼手眼协调能力,提高对物理学的理解,还可以培养耐心和创造力。
无论是儿童还是成年人,都可以尝试并享受这种古老而又充满乐趣的玩具带来的乐趣。
悠悠球的运动规律分析悠悠球是一种古老而又充满魅力的玩具。
它结合了技巧和平衡感,在使用时需要玩家保持身体的稳定并灵活运动手腕,以控制悠悠球的旋转和轨迹。
在本文中,我们将探讨悠悠球的运动规律及其背后的物理原理。
首先,让我们来了解一下悠悠球的结构。
悠悠球由球体和绳子组成,球体一般由金属、塑料或木材制成,绳子则连接着球体和玩家的手腕。
在使用时,玩家会抛悠悠球,并在手腕上施加力量,以产生旋转的动力。
悠悠球旋转的速度和稳定性是悠悠球运动的关键。
当玩家向悠悠球施加旋转作用力时,悠悠球将以一个固定的轴作为旋转中心。
这个轴通常在球体的中心位置,使得悠悠球的旋转更加稳定。
然而,悠悠球旋转的速度并非一成不变,在实际运动中会受到许多因素的影响。
首先是玩家的力量和手腕技巧。
玩家可以通过增加手腕的运动幅度和施加更大的力量来增加悠悠球的旋转速度。
但是,过大的力量或不稳定的手腕动作可能导致悠悠球失去平衡而停止旋转。
其次,摩擦力也是影响悠悠球旋转速度的重要因素。
悠悠球与空气和绳子之间都存在摩擦力。
空气摩擦力会随着悠悠球旋转速度的增加而增加,使得悠悠球旋转速度趋于稳定。
而绳子摩擦力则会阻碍悠悠球的旋转并减低速度。
因此,玩家需要通过调整手腕的动作,减少绳子与悠悠球之间的摩擦力,以保持悠悠球的旋转速度。
除了旋转速度,悠悠球的运动轨迹也是令人着迷的。
在正常情况下,悠悠球会在空中形成一个近似于圆锥的轨迹,称为进动。
进动是由于悠悠球在旋转的同时,还受到重力和绳子的约束所形成的。
进动的形状和半径取决于旋转速度和绳子长度。
当旋转速度较慢或绳子较短时,进动的半径较小;当旋转速度较快或绳子较长时,进动的半径较大。
这是因为旋转速度越快,向外的离心力越大,使得进动轨迹变大。
此外,倾斜角度也会影响悠悠球的进动轨迹。
当玩家倾斜手腕时,悠悠球的进动轨迹将偏离垂直方向。
这是由于倾斜手腕会改变进动轨迹所需的力的方向,使得悠悠球向着倾斜方向移动。
在悠悠球的运动过程中,玩家需要不断调整手腕的动作以保持悠悠球的旋转速度和稳定性。
悠悠球应用的力学原理简介悠悠球,也称作杂技球或顶式球,是一种运动玩具。
通过绳索与手指的配合,可以使球体沿着特定轨迹旋转或保持平衡。
悠悠球的运动涉及到很多力学原理,包括力的作用、重心、力矩等。
本文将介绍悠悠球运动中的力学原理。
力的作用悠悠球运动中涉及到多种力的作用。
首先是重力的作用,即地球对悠悠球的吸引力。
重力使得悠悠球向下垂直运动,同时也会对悠悠球的旋转产生影响。
此外,手指对悠悠球的拉力也是悠悠球运动中的重要力之一。
手指对悠悠球施加向心力,使得悠悠球能够保持旋转,并且改变手指对悠悠球施加的力量可以改变悠悠球的旋转速度和方向。
重心重心是指物体在重力作用下的稳定平衡点。
悠悠球也有一个重心,重心的位置对悠悠球的保持平衡和旋转起到重要作用。
当悠悠球的重心位于球体的正中心时,悠悠球会保持平衡。
而当悠悠球的重心偏离球体的正中心时,悠悠球将会倾斜或旋转。
悠悠球手指操作的目的就是通过调整重心的位置来控制悠悠球的运动。
力矩力矩是力臂乘力的物理量,用于描述力对物体产生的转动效果。
在悠悠球运动中,手指施加的力矩与悠悠球产生的旋转运动密切相关。
手指在悠悠球上施加一个力矩,悠悠球就会发生旋转。
而改变手指对悠悠球施加的力矩大小和方向,则会影响悠悠球的旋转速度和方向。
悠悠球运动中的力矩现象也可以用杠杆原理来解释,手指相当于支点,悠悠球相当于杠杆。
只有当手指施加的力矩和悠悠球产生的力矩平衡时,悠悠球才能保持平衡。
利用惯性原理悠悠球的运动还涉及到惯性原理。
惯性是物体维持其运动状态的属性。
在悠悠球运动中,惯性使得悠悠球能够保持旋转。
一旦悠悠球开始旋转,由于惯性的作用力,悠悠球将会继续保持旋转状态。
同时,惯性也使得悠悠球具有惯性转矩,使得悠悠球在被外力干扰时能够保持稳定。
通过合理运用惯性原理,悠悠球可以实现各种独特的动作和技巧。
结论悠悠球运动中涉及到的力学原理包括力的作用、重心、力矩和惯性。
手指施加的力对悠悠球的旋转运动起到重要作用,重心的位置决定了悠悠球的平衡和倾斜,力矩的大小和方向影响悠悠球的旋转速度和方向,而惯性使得悠悠球能够保持旋转态。
溜溜球的原理溜溜球是一种古老而又经典的玩具,它在世界各地都有着广泛的流行。
溜溜球的原理看似简单,但其中蕴含着许多有趣的物理学原理。
本文将就溜溜球的原理进行详细介绍,希望能让读者对这个有趣的玩具有更深入的了解。
首先,我们需要了解溜溜球的结构。
溜溜球通常由一个球体和一根绳子组成。
球体内部有一个轴承,使得球体能够自由旋转。
绳子一端连接着球体,另一端则是玩家手中的握把。
通过快速转动手腕,将溜溜球投出,就能够看到球体在地面上旋转并保持平衡的奇妙景象。
溜溜球能够保持平衡并旋转的原理主要是靠离心力和陀螺效应。
当玩家用力甩动绳子,球体会因为离心力的作用而向外飞出,同时也会产生旋转的动能。
而当球体旋转时,它会产生陀螺效应,使得球体保持平衡并稳定地旋转。
这也是为什么溜溜球在旋转时不会倒下的原因。
除了离心力和陀螺效应,摩擦力也是溜溜球能够旋转的重要原理。
当溜溜球在地面上旋转时,地面对球体会产生摩擦力,这种摩擦力能够帮助球体保持平衡,并让它在地面上持续旋转。
而一旦失去了旋转动能,溜溜球也会因为摩擦力的作用而停止旋转。
除了物理学原理外,溜溜球的设计也对其旋转效果起着重要的影响。
球体的重量、表面材质、轴承的质量等都会影响溜溜球的旋转效果。
一般来说,较重的球体会有更强的旋转动能,而表面光滑的材质则会减少摩擦力,使得球体更容易旋转。
总的来说,溜溜球能够保持平衡并旋转的原理主要是靠离心力、陀螺效应和摩擦力。
这些物理学原理的相互作用使得溜溜球成为了一种富有趣味性和挑战性的玩具。
希望通过本文的介绍,读者能对溜溜球的原理有更深入的了解,并能更好地享受这个古老而又经典的玩具。
悠悠球的原理悠悠球的原理其实并不复杂,它主要依靠了物理学中的一些基本原理。
首先,悠悠球的核心部分是一个球形的重物,通常是金属或者塑料制成。
当我们用手臂甩动悠悠球时,球的重心会产生离心力,使得悠悠球不断旋转。
同时,悠悠球的绳子会在空中形成一个圆周运动,这就是悠悠球能够保持旋转的原因之一。
其次,悠悠球的绳子也起着至关重要的作用。
绳子的长度和材质都会影响到悠悠球的旋转效果。
一般来说,绳子越长,悠悠球的旋转速度就会越慢,而绳子越短,旋转速度就会越快。
这是因为较长的绳子会增加空气阻力,从而减缓悠悠球的旋转速度,而较短的绳子则相反。
此外,绳子的材质也会影响到悠悠球的旋转稳定性,通常来说,柔软且耐磨的材质更适合作为悠悠球的绳子材料。
另外,悠悠球的表面光滑度也对其旋转效果有一定的影响。
通常来说,表面光滑的悠悠球会有更好的旋转效果,因为光滑的表面可以减少空气阻力,使得悠悠球旋转更为顺畅。
因此,一些高端的悠悠球会采用特殊的涂层或者材质来提高其表面的光滑度,从而提升旋转效果。
总的来说,悠悠球的原理主要是依靠离心力、圆周运动和表面光滑度等物理原理。
通过合理设计悠悠球的重心、绳子长度和材质、以及表面处理等手段,可以使悠悠球达到更好的旋转效果,给玩家带来更大的乐趣。
在实际操作中,玩家需要通过不断练习和调整悠悠球的甩动力度和角度,才能够掌握悠悠球的技巧。
同时,也可以根据自己的喜好和需求,选择适合自己的悠悠球,从而获得更好的使用体验。
综上所述,悠悠球的原理并不复杂,但其中蕴含着丰富的物理学知识。
通过了解悠悠球的原理,我们可以更好地欣赏和玩耍这个古老而有趣的玩具,同时也可以在玩耍中感受物理学知识的乐趣。
希望本文对您有所帮助,谢谢阅读!。
我的童年爱物溜溜球中的力学知识溜溜球是我童年里一件重要的玩具,它曾经带给我无数欢乐。
溜溜球(YO-YO ),YO-YO 据说是源自菲律宾的土语,意味“回来”或“去回来”。
经过这么久的演变,溜溜球由最初的金属质地发展为塑胶。
早在中学的时候我就曾问过我的物理老师关于溜溜球里蕴含的物理规律,但由于那时我的知识有限而且老师也没很仔细的回答我的问题,所以始终是对其中的物理规律似懂非懂,实际上还是不懂的。
这学期学习的理论力学这一课程,我突然萌发想法,就是想从力学和摩擦下手分析溜溜球中的物理知识。
下面,就以最基础的标准型为例分析溜溜球所蕴含的力学知识。
取一个溜溜球直径54mm ,重量68g , 绳长1m 。
线环绕在转轴上。
我猜想溜溜球运动的基本原理是:假设在理想状态下,当球沿绳滚动时,由于球与绳的接触处无相对运动,绳的拉力不做功,主动力只有重力,溜溜球机械能守恒。
当降到绳的末端时,会短暂的处于休眠状态,当抖动绳子时,球会上升到原来的高度。
对溜溜球运动过程的具体作如下的定量分析:1. 下降过程把绳缠绕在转轴上,然后手给它一个向下的初速度,使球下落到最低点。
假设手给球的能量为1E ,空气阻力和摩擦力做功为2E ,绳长为L ,转轴半径为r ,质量为m 1;圆盘半径为R ,质量为m 2重力势能转化平动动能和转动动能,由动能定理:mgL+1E -2E =21mv 2+21Iw 2总质量 m=m 1+2m 2转动惯量I=2(21m 2R 2)+m 1r 2=m 2R 2+m 1r 2 =常量由分析后知道溜溜球在绳末端的速度和角速度主要与1E 有关,手给球的初速度越大,球在末端转动越快,在底端的睡眠时间越长。
2、睡眠状态所谓睡眠状态就是当球处在最低点时,球在高速转动,摩擦力使绳往上转,结果绳子在轴上打滑,球就不停的空转。
当球转到最低点时,绳的张力突然增大,球的平动动能损失变为0。
绳对球的力矩N=x ⨯T又力矩 N=dt dL =dt Iw d )(=I *w 由于溜溜球的细绳已全部展开,所以 x=0即力矩 N=0 由以上可得 *w =0 , 即角速度保持不变依然为 w=I mr E E mgL +-+221)(23、上升过程经过一定时间的“睡眠”之后,当玩家突然提绳子时,球就会出现返回的现象。
溜溜球中的力学现象摘要:讨论溜溜球上下来回沿绳滚动的原理,并建立模型进行定量分析。
关键词:溜溜球,运动过程主要内容:Yo-Yo,又名溜溜球,最早起源于中国,被称为第二古老的玩具。
溜溜球的基本结构可视为一个两端大中间小的短绕线轴,将溜溜球释放后它的轴将沿着绳做来回滚动。
本文将就溜溜球竖直释放后的上下来回运动进行研究。
溜溜球能够沿绳上下来回运动的基本原理是:假设在理想状态下,当球沿绳滚动时,由于球与绳的接触处无相对运动,绳的拉力不做功,主动力只有重力,溜溜球机械能守恒。
绳的拉力不过溜溜球的质心,它改变了溜溜球对质心的动量矩,而重力与绳的拉力一起改变溜溜球的动量。
当溜溜球运动到绳端时,绳的拉力产生变化。
由于球轴半径相对绳长可忽略,所以此时绳端可视为静止。
于是绳对溜溜球突加一个冲量改变了溜溜球质心的运动方向。
且这个变化的拉力作用方向可近似看成通过质心。
于是它不改变溜溜球对质心的动量矩。
由于机械能守恒,球质心将以与原来大小相等方向相反的速度沿绳向上运动。
下面具体分析运动过程。
为分析方便,忽略绳的质量和直径。
设溜溜球的质心与形心重合。
溜溜球中间轴的半径与绳长相比极小。
绳一端与轴紧密连接,无相对移动。
首先讨论理想状态。
忽略一切阻力与摩擦,将绳不与球相连的一端固定。
绳、球系统机械能守恒 取m 为溜溜球质量,g 为重力加速度,r 为球中间转轴半径,ρ为溜溜球回转半径,c J 为对质心的转动惯量,2ρm J c = l 为绳长。
滚动过程中小球以与绳相切的一点为瞬心做类似纯滚动的平面运动。
静止释放溜溜球。
取ϕ为广义坐标。
以向下为质心运动正向,顺时针方向为角速度正向。
动能222121ωc J mv T += •==ϕωr r v势能mgy V -=(取绳的固定端为重力势能零点)0)2121(222=-+•mgy m mv d ϕρ ⇒ 022=-+•••••dt mgr d m d mr ϕϕϕρϕϕ 解得球运动的角加速度22ρϕ+=••r gr 质心运动加速度••=ϕr a由于质心速度方向改变时没有机械能损失,所以在理想状态下溜溜球将永远不停上下运动。
怎么转起来?------探究悠悠球的原理郁孙豪一直以来,悠悠球都是广受欢迎、经久不衰的玩具。
早在2500多年前,古希腊人就开始玩悠悠球,也有证据表明,中国人在那之前就有了类似的玩具。
不管怎样,都证明悠悠球的历史非常悠久——除洋娃娃外,比其他任何玩具都古老。
岁月变迁,悠悠球的设计也几经修改。
最初的设计是将绳子紧系于轮轴上,这种设计一直流行到20世纪初,而且在十九世纪的欧洲风靡一时,当时还有过很多名字,如bandelore、quiz和Lemigrette。
现代悠悠球于20世纪20年代从菲律宾传入美国,绳子只是环绕在轮轴上。
实验课题:探究悠悠球的原理实验器材:悠悠球一个,螺丝刀、刻度尺、停表等工具探究及实验步骤:1.观察悠悠球悠悠球主要由两块盖板、一个轮轴、两块铜片和一块铁片以及一根双股绳组成。
大致结构如下图。
双股绳环绕轮轴(如右图)通过了解,传统的悠悠球则是选用单股绳,并将绳子紧系在轮轴上的。
2.探究各部件的作用作为世界上继洋娃娃之后的第二古老的玩具,悠悠球结构较为简单,拆装起来不怎么费劲但这简单的塑料、金属零件却还有一些令人搞不懂的地方。
除了盖板之外好像都值得拆开来研究研究。
以下几个实验是为探究悠悠的各零件而设计的。
〖实验一铜片在悠悠球中起到什么作用〗【实验步骤】①拆开悠悠球,取出铜片,再重新组装。
②用单股绳系住中指,用力向下投掷。
③重复实验【实验结果】悠悠球的绳子无法正常拉伸,有几次甚至出现了散架的情况。
【实验结论】悠悠球中两块铜片主要是隔开双股绳,从而起到保持绳子正常运动的作用。
〖实验二铁片在悠悠球中起到什么作用〗【实验步骤】①拆开悠悠球,取出铁片,再重新组装。
②用单股绳系住中指,用力向下投掷。
③重复实验【实验结果】悠悠球转动以后很难转上来,而且转动时噪音很大。
【实验结论】铁片与轮轴之间是活动的,悠悠球转回的原因是铁片(或轴承)在转动,而非轮轴的转动。
〖实验三绳子的长短对悠悠球转动有什么影响〗【实验步骤】①取三根长度为1.20米的双股绳②取其中的一根,安装在悠悠球上③用单股绳系住中指,用力向下投掷。
溜溜球的原理溜溜球,又称陀螺球,是一种源自中国的传统玩具,它通过一系列特殊的物理原理来实现各种有趣的动作和技巧。
在这篇文档中,我们将深入探讨溜溜球的原理,从而更好地理解它的运行机制。
首先,让我们来了解一下溜溜球的结构。
溜溜球通常由球体、轴承、绳索和外壳组成。
球体是溜溜球的主体,它通常由金属、塑料或木材制成,表面光滑,便于旋转。
轴承则是球体内部的核心部件,它能够减少摩擦力,使得溜溜球可以顺畅地旋转。
绳索连接着球体和外壳,玩家可以通过拉动绳索来控制溜溜球的运动。
溜溜球的旋转原理是基于角动量守恒定律的。
当玩家用手指或绳索给溜溜球一个初速度时,球体开始旋转。
根据角动量守恒定律,当外力作用在系统上时,系统的角动量守恒,即系统的角动量在外力作用下保持不变。
因此,溜溜球在旋转的过程中会保持一定的角动量,这也是它能够保持稳定旋转的重要原因之一。
另外,溜溜球的旋转还涉及到陀螺效应。
当溜溜球旋转时,由于角动量守恒定律的作用,球体会产生一个稳定的自旋轴,这个自旋轴会使得溜溜球保持竖直的位置。
这就是为什么溜溜球在旋转的同时能够保持平衡的原因。
除了角动量守恒定律和陀螺效应,溜溜球的旋转还与惯性有关。
惯性是物体保持原来状态的性质,溜溜球在旋转的过程中也会受到惯性的影响。
当溜溜球旋转时,由于惯性的作用,球体会保持旋转的方向和速度,这也是溜溜球能够进行各种高难度技巧的原因之一。
总的来说,溜溜球的原理是基于角动量守恒定律、陀螺效应和惯性的。
这些物理原理共同作用,使得溜溜球能够进行各种有趣的动作和技巧。
通过深入理解溜溜球的原理,我们可以更好地掌握它的玩法,也能够更好地欣赏它的魅力。
在日常生活中,我们可以利用溜溜球的原理来进行一些有趣的实验,比如利用角动量守恒定律来解释溜溜球的旋转过程,或者利用陀螺效应来探讨溜溜球的平衡原理。
通过这些实验,我们不仅能够加深对物理原理的理解,还能够培养我们的动手能力和实验精神。
总之,溜溜球的原理是基于多种物理原理的,它不仅是一种有趣的玩具,更是一个可以帮助我们理解物理知识的工具。
基于悠悠球中的物理原理
机械91
2009010411
周斌
2010年12月26日
摘要;悠悠球作为一种休闲玩具曾经风靡一时,深受中小学生喜爱和追捧。
作为一个类似陀螺仪的玩具,悠悠球中包含着许多复杂的物理原理。
悠悠球分为有离合器和没有离合器两种,两种的原理各不相同。
有离合器的运用了惯性离心力和弹簧弹力的关系,没有离心力的运用了轴承两侧与绳子的摩擦力。
关键词:离合器惯性离心力弹簧弹力
正文:
悠悠球的基本原理就是将重力势能转化为转动动能,回收时又由转动动能转化为重力势能。
悠悠球的运动过程分为三个阶段:投掷阶段,睡眠阶段和回收阶段。
一、投掷阶段
在投掷阶段,玩家拉着绳子的一头将悠悠球用力往下扔,悠悠球的质心做曲线运动(或者竖直方向上的直线运动),同时球的其他部分围绕质心做定轴转动。
最后质心稳定,静止,绳子的拉力与球
所受重力平衡,球做定轴转动,这就进
入了睡眠阶段。
二、睡眠阶段
在睡眠阶段,对于有离合器的悠悠
球,如右图所示,离合器中有两块卡子,
每块卡子上面套着两个钢球并且连结着
一个弹簧,当溜溜球的转动速度足够时,
钢球的惯性离心力就会大于弹簧的弹
力,离合器的卡子会松开,使球体和轴
分离,令溜溜球能保持空转,即产生睡眠状态;球的转动速度下降后,钢球的惯性离心力就会小于弹簧的弹力,离合器的卡子会重新夹紧轴部,使溜溜球无法空转而回收。
下面计算悠悠球产生睡眠状态需要的角速度和开始抛出时最小速度
1. 角速度
简化模型,如右图所示。
考虑上面一个卡子,两钢球的质量为 ,
轴心到两钢球圆心连线的距离为, 两钢球
圆心距离为 ,弹簧的弹劲系数为,悠悠
球半径为,连结钢球和弹簧的曲杆质量不
计,弹簧质量不计。
假设初始时弹簧压缩量为 ,当悠悠球以角速度旋转时,受力情况如下右图。
受力分析:
球1受到惯性离心力 ,重力
球2受到惯性离心力 ,重力
其中在水平方向上的分力大
小相等方向相反,即
在竖直方向上
卡子恰好使球体和轴分离时满足
联立(1)(2)式可得
同理,考虑下面一个卡子时
水平方向上仍有
在竖直方向上
卡子恰好使球体和轴分离时满足
所以得到
综上,
要想让悠悠球产生睡眠状态,转动角速度需满足:
2. 最小速度
假设绳子长为 ,绳子质量不计,悠悠球壳质量为 ,不计空气阻力。
由机械能守恒有:
其中,为系统对转轴的转动惯量
由以上两个式子可得
三、回收阶段
在回收阶段,对于有离合器的悠悠球,当
回收器就合拢使轴承卡死,悠悠球的动能重新转化为重力势能上升回到玩家手中。
对于没有离合器的悠悠球通过我们玩家称为“bind”的技巧回收,其原理是将绳子延与球转动相同方向缠绕在轴承上,当绳子碰触到轴承两侧的回收系统(胶圈或胶贴)时,由于回收系统提供的摩擦力产生类似于“卡死”的效果使球收回。
结束语
在玩有离合器的悠悠球时,玩家要给定一个大于的初速度向下扔,才能让球产生睡眠状态。
悠悠球这样一个普通的玩具也蕴含着很多物理原理,其实生活中的方方面面也都是物理学的身影,我们要善于观察和思考。
参考文献:
1. 《大学物理学》(第三版)张三慧编著清华大学出版社
2. 《生活中的物理》谭树杰主编文汇出版社
3. 《理论力学》(第二版)李峻峰张雄主编清华大学出版社。