溜溜球的力学原理
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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!。
溜溜球的做法和原理
溜溜球是一种娱乐玩具,由陀螺轴和球体组成。
溜溜球通常由金属或塑料制成,球体上有一条凹槽,用于安装陀螺轴。
它的原理是通过旋转陀螺轴来产生持续的惯性力,使球体保持平衡并沿地面滑行。
溜溜球的制作比较简单,基本步骤如下:
1. 准备材料:金属或塑料材质的球体和陀螺轴。
2. 将陀螺轴置于球体凹槽内,确保陀螺轴与球体连接紧密。
3. 将陀螺轴上的转轴用力旋转,使陀螺轴开始转动。
4. 将旋转中的球体放置在地面上,球体将保持平衡并沿地面滑行。
溜溜球之所以能保持平衡并沿地面滑行,是因为陀螺轴的旋转产生了惯性力。
陀螺轴旋转时,它的转动惯量会使它保持在一个平稳的旋转状态中。
当溜溜球放置在地面上时,地面对球体施加了一个反作用力,与地面摩擦力相反,但是由于陀螺轴旋转产生的惯性力,使得球体保持沿一条直线滑行。
当溜溜球开始滑行时,由于地面与球体接触存在摩擦力,这个摩擦力会使陀螺轴保持旋转状态。
同时,由于陀螺轴转动的惯性力,使得溜溜球保持平衡。
如果外力干扰溜溜球的平衡,陀螺轴会通过改变旋转方向的方式来调整溜溜球的平衡状态。
通过控制陀螺轴的旋转速度和方向,可以改变溜溜球滑行的速度和方向。
当我们
用力转动陀螺轴时,陀螺轴的转动速度越快,溜溜球滑行的速度也越快。
如果改变陀螺轴旋转方向,溜溜球将改变滑行方向。
总之,溜溜球的原理是通过旋转陀螺轴产生惯性力,使球体保持平衡并沿地面滑行。
控制陀螺轴的旋转速度和方向可以改变溜溜球的滑行速度和方向。
溜溜球在儿童玩具中广泛使用,不仅富有趣味性,还能培养儿童的手眼协调能力和动手能力。
悠悠球原理悠悠球,又称扯铃、陀螺球,是一种源自古老玩具的现代化改良玩具,它由一个球体连接着绳索组成。
悠悠球的玩法看似简单,但其中蕴含着许多物理原理。
在本文中,我们将深入探讨悠悠球的原理,从物理学的角度解析悠悠球的运动规律和技巧。
首先,我们来看悠悠球的自由落体运动。
当悠悠球被抛出时,它会受到重力的作用而向下加速运动。
在这个过程中,悠悠球的下落速度会不断增加,直到它触及绳索的底端。
这种自由落体运动的规律符合牛顿运动定律,即物体受到的作用力与加速度成正比,速度与时间成正比。
因此,悠悠球的下落速度取决于重力加速度和下落时间,而这也是悠悠球技巧中重要的一环。
其次,悠悠球的旋转运动也是其独特之处。
当悠悠球被抛出后,由于绳索的限制,悠悠球会产生旋转运动。
这种旋转运动受到角动量守恒定律的影响,即在没有外力作用的情况下,系统的角动量保持不变。
因此,悠悠球在空中旋转时,其角速度和角动量会保持稳定,这也为玩家进行各种花式技巧提供了物理基础。
除此之外,悠悠球的稳定性也与陀螺的原理有关。
陀螺是一种古老的玩具,其原理是通过旋转的动能和陀螺的自身重心来保持稳定。
悠悠球同样利用了这一原理,通过球体的旋转和绳索的牵引来保持平衡,使得悠悠球在空中能够保持稳定的旋转状态。
这也为玩家进行各种高难度技巧提供了基础,同时也增加了悠悠球的趣味性和挑战性。
总的来说,悠悠球的原理涉及了自由落体运动、旋转运动和陀螺原理等多个物理学知识。
通过深入理解这些原理,玩家可以更好地掌握悠悠球的运动规律和技巧,从而在玩耍中获得更多乐趣。
希望本文能够帮助读者更好地理解悠悠球的原理,同时也能够激发更多人对物理学的兴趣和热爱。
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。
溜溜球应用的什么原理1. 溜溜球的定义和发展历史溜溜球是一种源于古代中国的传统玩具,也被称为旋转球。
它由一个中间球和两个围绕着中间球旋转的外层球组成。
溜溜球可以通过手臂的转动或重心的移动来使外层球旋转起来,从而展现出许多有趣的花式动作。
溜溜球具有良好的运动稳定性和控制性能,因此被广泛应用于娱乐和运动训练。
溜溜球应用是指将溜溜球的原理和动作应用于特定的场景或目的,例如娱乐、专业技巧表演、运动训练等。
2. 溜溜球应用的原理溜溜球的运动原理主要基于以下几个方面:2.1 旋转动力原理溜溜球的外层球围绕着中间球旋转,外层球旋转的动力主要来自外部施加的力量,例如手臂的转动、重心的移动等。
当力量应用于溜溜球的外层球上时,会产生一个旋转的力矩,从而使外层球开始旋转。
2.2 重心平衡原理溜溜球外层球的旋转需要保持平衡,这需要控制重心的位置。
在溜溜球应用中,玩家需要通过手臂的转动或身体的移动来调整重心的位置,以使溜溜球保持稳定的运动状态。
掌握重心平衡原理对于进行高难度的花式动作非常重要。
2.3 惯性与转向原理溜溜球在旋转过程中具有惯性,即物体在维持原来状态的情况下保持直线运动。
利用惯性原理,玩家可以在溜溜球旋转的同时改变其运动方向。
通过调整外层球与中间球的接触点,或者改变外层球的旋转速度和方向,可以实现转向和转弯的效果。
3. 溜溜球应用的场景和目的溜溜球应用具有广泛的场景和目的,以下列举了其中一些常见的应用场景:3.1 娱乐溜溜球作为一种趣味玩具,被广泛应用于娱乐场所,例如游乐园、主题公园、户外公共场所等。
人们可以通过玩溜溜球来享受快乐的时光,体验旋转、转向等动作带来的刺激和乐趣。
3.2 专业技巧表演溜溜球应用在专业技巧表演中也有很大的发展空间。
熟练的溜溜球玩家可以进行各种花式动作和技巧展示,例如高速旋转、旋转切换、转向转弯、动作连续等,以展示个人的技巧和水平。
3.3 运动训练溜溜球应用在运动训练领域也有一定的应用。
悠悠球的原理悠悠球是一种源自古老玩具的现代化改进品,它的魅力在于它看似简单的外表下隐藏着复杂的原理。
悠悠球的运转原理主要包括转动、惯性和重力三个方面。
首先,让我们来看看悠悠球的转动原理。
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。
当玩家用力将悠悠球抛出并拉回时,球体会因为离心力的作用而产生旋转,这种旋转运动使得悠悠球可以保持在绳子的末端,而不会掉下来。
其次,惯性也是悠悠球能够保持在绳子末端旋转的重要原理。
当悠悠球旋转时,由于惯性的作用,悠悠球会保持原来的运动状态,这就使得悠悠球可以在空中旋转,而不会随着重力掉下来。
这也是为什么悠悠球可以进行各种花式技巧的原因。
最后,重力也是影响悠悠球运动的重要因素。
重力使得悠悠球保持在绳子的末端,并且在玩家用力将悠悠球抛出时,重力也会影响悠悠球的下落轨迹,使得悠悠球能够顺利返回到玩家手中。
总的来说,悠悠球的原理是一个复杂而又精妙的物理学原理的结合体。
它的运动涉及到转动、惯性和重力等多个因素的综合作用。
只有充分理解了这些原理,玩家才能够更好地掌握悠悠球的技巧,展现出更加华丽的表演。
在日常生活中,悠悠球不仅仅是一种娱乐活动,更是一种锻炼和展示个人技能的方式。
通过深入了解悠悠球的原理,我们可以更好地欣赏和理解悠悠球表演者的技艺,也可以更好地掌握悠悠球的技巧,让自己在玩悠悠球的过程中获得更多的乐趣和成就感。
总之,悠悠球的原理虽然复杂,但是通过深入学习和练习,每个人都可以掌握悠悠球的技巧,享受其中的乐趣。
希望大家能够在学习悠悠球的过程中,不仅仅能够掌握技巧,更能够深刻理解其中的物理原理,从而更好地欣赏和享受这项活动。
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!。
溜溜球的原理溜溜球是一种传统的儿童玩具,也是一项具有挑战性和趣味性的户外运动项目。
它的原理基于惯性和运动学,对于理解物理学和动力学等学科有着重要的意义。
溜溜球由球体、绳子和把手组成。
球体通常由塑料或金属制成,因为这些材料的密度较大,可以提供足够的惯性力。
绳子一旦绑好球体,就可以用来控制球体的行动方向和速度。
把手通常由塑料或橡胶材料制成,能够提供稳定的握抓。
溜溜球的基本原理是利用转动惯量和牵引力来让球体保持运动。
转动惯量是一个物体旋转时所保持的惯性,可以用公式I=mr2表示,其中m为物体的质量,r为物体离旋转轴的距离。
当溜溜球开始旋转时,球体的惯性将保持它继续旋转下去,即使没有外力作用在它上面。
牵引力是球体与地面之间的摩擦力,控制了球体的速度和方向。
溜溜球要想保持旋转状态,需要保持一定的转速。
转速与绳子的长度和轨道的曲率半径有关。
绳子长度越长,溜溜球的转速就越慢;相反,绳子长度越短,转速就越快。
曲率半径决定了溜溜球的运动轨迹和移动性能。
曲率半径越小,溜溜球的转弯半径就越小,相应地,其速度也就增加了。
溜溜球的行动和控制也与牵引力有关。
牵引力是一个复杂的物理学概念,受到多种因素影响,如摩擦力、轮胎形状、地面材质等。
为了更好地控制溜溜球的行动,玩家们通常会控制溜溜球的重心和速度,以减小摩擦力和提高牵引力。
在玩溜溜球时,人们也会遇到一些挑战,如掌握其控制技巧、克服地形障碍和调整牵引力等。
这些挑战有助于培养人们的平衡感和反应能力,同时也增加了人们对物理学和动力学的兴趣和理解。
除了物理原理和运动技能外,玩溜溜球还需要掌握一些基本的技巧和策略,以便更好地控制球体并享受游戏的乐趣。
选择合适的场地是十分重要的。
最好选择一个平坦、没有杂物和障碍物的宽敞空地,在该区域内可以自由地穿行玩耍。
在室外活动时要特别注意天气和大气状况,不要在雨天、雪天甚至大风天玩溜溜球。
控制溜溜球的速度和方向也是非常重要的。
要掌握好绳子的长度和把手的握持力度,同时保持一定的重心,以便在需要时快速减速或加速控制走向。
悠悠球的原理应用1. 悠悠球的原理•悠悠球,又称扯铃球、转动球,是一种由球体和绳索组成的玩具。
•悠悠球的运动原理是通过旋转和离心力来保持平衡。
•悠悠球的中心是固定的,只有一端有绳子和球相连,通过绳子的拉力使球体旋转。
•当球体旋转的速度越快,要保持平衡就需要施加足够的拉力。
•悠悠球的旋转方向和绳子拉力的方向相反,这样可以产生一个平衡的效果。
2. 悠悠球的应用2.1 健身锻炼•悠悠球作为一种有氧运动,可以帮助锻炼身体的耐力和协调性。
•悠悠球的动作包括旋转、翻转和抛接等,可以锻炼手眼协调和身体控制能力。
•悠悠球还能锻炼核心肌群,增强腹肌、背肌和臀部力量。
•悠悠球的锻炼可以根据个人的需要和能力进行调节,适合不同年龄和身体素质的人群。
2.2 娱乐表演•悠悠球作为一种独特的表演方式,可以吸引观众的注意力。
•悠悠球表演可以展示出高超的技艺和身体的灵活性。
•表演者可以通过花式的转动和抛接动作来展示自己的才艺和创意。
•悠悠球表演通常会结合其他元素,如音乐、舞蹈等,给观众带来更好的视听享受。
2.3 心理放松•悠悠球的运动过程可以帮助人们释放压力,缓解焦虑和紧张情绪。
•通过专注于球体的旋转和平衡,可以使人们进入一种冥想的状态。
•悠悠球的运动还可以促进血液循环,缓解肌肉疲劳和僵硬。
•悠悠球可以作为一种娱乐休闲的方式,帮助人们放松身心,提高生活质量。
3. 如何玩转悠悠球•第一步:掌握基本技巧。
包括单手旋转、抛接和翻转等动作。
•第二步:练习平衡感。
通过调整绳子的拉力和球体的旋转速度来保持平衡。
•第三步:尝试花式技巧。
可以结合跳跃、旋转和翻转等动作,展示自己的创意和技艺。
•第四步:参加表演和比赛。
可以通过参加悠悠球表演和比赛,与其他玩家交流和学习。
4. 总结•悠悠球作为一种独特的玩具和运动方式,有着广泛的应用领域。
•无论是作为健身锻炼,还是娱乐表演,悠悠球都可以带来乐趣和挑战。
•悠悠球的原理是通过旋转和离心力来保持平衡,需要掌握基本技巧和平衡感。
溜溜球的力学原理杭州公益中学竺叶澍表面看来,YO-YO球只是个极为简单的玩具:无非就是一段绳子连着一个线轴。
但一到行家手里,它就变得异常奇妙。
熟练的YO-YO球玩家能让YO-YO球向各个方向飞出,悬停在半空中,然后迅速收回掌内。
这些东西就仿佛有了生命!这看起来像在变戏法,其实只是利用了物理原理。
无论是传统溜溜球,还是近年出现的精密自动YO-YO球,都清晰展现出基本的科学原理。
1 构造及其设计的原理现代YO-YO球于20世纪20年代从菲律宾传入美国(见下图),其绳子只是环绕在轮轴上。
(图为YO-YO球的构造图,一对薄片圆盘,直径一般为54-75mm,厚为10mm,塑料或金属制成;中间为一段圆柱状空芯薄壁中轴,直径一般为2mm,长约为20mm。
圆盘通过螺帽和螺丝固定在中轴两侧,然后在轴上套上细长绳,并在细绳的另一端打上一个圆环。
)最初的YO-YO球在设计时是将绳子紧系在轮轴上。
而现代溜溜球只是让绳子环绕在轮轴上,这样溜溜球就能“悬停”。
无论哪种YO-YO球,玩家都会把绳子紧紧缠绕在轮轴上。
溜溜球在玩家手中时,具有一定的势能。
这种势能分为两种不同形式:YO-YO球被持在空中,因此具有落向地面的势能。
绳子环绕着YO-YO球,因此放线时有旋转的势能。
玩家投放YO-YO球时,上述两种形式的势能都会转化为动能。
YO-YO球的线轴垂直落向地面,形成一定的线动量(直线中的动量)。
同时绳子展开、线轴旋转,形成角动量(旋转的动量)。
当YO-YO球到达绳子底端时,就不能继续下降了。
但由于它还有很多角动量,因此会继续旋转。
旋转运动让YO-YO球获得陀螺稳定性。
物体旋转时外力会随物体本身一起移动,因此物体能抵抗对转动轴的改变。
例如,如果在转轮顶端的某点推一下,当这个点移到转轮前端时,施加的力依然存在。
受力点继续移动,并最终对转轮的底端施力,从而与最初施加在顶端的力自行抵消。
因此,只要YO-YO球的旋转速度够快,就能使其转轴与绳子保持垂直。
如果按最初的设计将绳子紧系在轮轴上,那么旋转的轮轴就会抓紧绳子并开始重新绕线,YO-YO球也会沿绳子向上攀回。
YO-YO 球重新绕线产生的摩擦力会损失能量,因此玩家必须稍稍拖曳绳子补偿能量。
而现代YO-YO球的绳子只是环绕在轮轴上,因此二者间的摩擦力变小了。
线轴完全展开时,并不会自动弹回,只会空转。
要让YO-YO球重新绕线,玩家只需用力拉一下绳子。
拉绳会暂时增加绳子和轮轴之间的摩擦力,于是轮轴开始重新绕线。
只要开始绕线,这种YO-YO球就能像早期的YO-YO球一样回到玩家手中。
2 游戏游戏时,把细绳全部紧紧地缠绕在中轴上,用某一手指套住圆环。
将YO-YO球背向抛出后它就会马上逆细绳缠绕方向转动,竖直下落逐渐解脱细绳的缠绕,直到细绳全部展开为止,开始转动。
随后,当人提起手时或是先将YO-YO球搭上绳子再提绳,它又会自动顺着同一转动方向往上爬,使细绳重新缠绕在中轴上。
当YO-YO球停止转动后再次抛出,YO-YO球随即又沿反方向摆脱细绳缠绕转动下落,然后上爬。
就这样下落,上爬,周而复始。
还可以玩一些复杂的招式。
3 YO-YO球的悬停装置对大多数人来说,玩YO-YO球最难的就是让线轴悬停得久一些,以便做点花式技巧。
要让普通的YO-YO球悬停一会,就必须用力抛出,使其具有强大的角动量。
但如果快速抛出YO-YO球,手可能会抖动,于是又把线轴拉回。
此外,YO-YO球新手在“收”球方面也会遇到问题(中断悬停)。
要经过大量练习才能使平衡力恰到好处,让YO-YO球顺利悬停。
YO-YO球制造商尝试过许多方式,希望能让YO-YO球更易于悬停和收回。
最简单的改进方法之一就是重新分配YO-YO球的内部重量,以改变其惯性矩。
物体的惯性矩可衡量其抵抗旋转变化的能力。
它取决于以下两个因素:物体质量以及该质量到物体转动轴的距离。
质量越大就越难开始和停止旋转;质量到转动轴的距离越长也会如此,例如铺平的粘土块,就比质量相同但紧凑的粘土球更难旋转。
如果YO-YO球两个圆片的惯性矩增加,YO-YO球就能悬停更长时间,停止旋转也更难。
为此,制造商通常让高性能YO-YO球的重量集中在线轴外沿。
这样一来,转动轴和大部分质量之间的距离更远,线轴就能获得更大的惯性矩。
另一种方法是进一步让YO-YO球绳子和轮轴之间的摩擦力减小。
一种盛行的方式是沿YO-YO球的轮轴安装滚珠轴承装置,这样就能让轴、绳分离。
通过下列图解,可以了解典型的轴承系统如何运作。
装有滚珠轴承的YO-YO球:滚珠轴承会减少绳轴之间的摩擦力,更利于YO-YO球“悬停”。
轴承装置还包括两个轴承圈,这是滚珠轴承必备的槽道。
内圈直接环绕轮轴,并与外圈相距一个轴承的宽度。
滚珠轴承则放置在两个轴承圈之间。
溜溜球的绳子就缠绕在外圈上,因此不会碰触轮轴。
两个轴承圈也没有互相绑定:内圈可以在外圈之内稍稍倾斜。
当我们抛出YO-YO球时,放线动作会带动外圈旋转。
而抛力又令外圈里的内圈倾斜,增加两个轴承圈与滚珠轴承之间的摩擦力。
倾斜会导致两个轴承圈彼此咬合,让它们动作一致。
这样一来,旋转的外圈就带动内圈旋转,从而令YO-YO球的轮轴旋转。
当YO-YO球到达绳子底端时,两个旋转圆片的陀螺运动会使两个轴承圈平行,让它们互相对齐。
实现这种结构后,滚珠轴承就能在两个轴承圈之间平稳移动。
经过适当润滑的轴承能大大减少两个轴承圈之间的摩擦力。
而摩擦力减少,轮轴就更容易旋转,也就能增加悬停时间。
若想收回YO-YO球,就用力拉绳子。
这会令外圈相对于内圈倾斜,增加轴承的摩擦力。
于是轴承装置再次咬合,外圈的旋转带动YO-YO球沿绳子向上回滚。
这种装置更利于YO-YO球悬停,但对收回溜溜球却没有多大帮助。
4 YO-YO球的自动回收装置在20世纪90年代的溜溜球热潮中,一种新型的自动YO-YO 球开始四处兴盛。
这种YO-YO球的主要制造商Yomega在广告中称自己的产品为“有大脑的YO-YO球”。
的确,这种溜溜球看上去仿佛具有某种程度的智力,因为它们精确知道何时悬停及收回,但所谓“大脑”其实只是一个离心离合器。
下列图解可供您了解这种装置的运作方式。
当这种YO-YO球快速旋转时,离合器装置会松开轮轴;在YO-YO球速度减缓时又会重新咬合。
这就让YO-YO球在停止转动前自动收回。
与上一节介绍的滚珠轴承YO-YO球一样,这种YO-YO球也不会让绳子直接碰触轮轴。
而只是让绳子绕在主轴上。
轮轴安装在YO-YO球的两个圆片上,并穿过主轴中间,但主轴和轮轴其实并不相连。
然而,在离合装置的作用下,当YO-YO球缓慢旋转时,主轴和轮轴运动会一致。
离合装置安放在一个YO-YO球圆片中,它包括两条金属弹簧臂。
弹簧臂的一端加重,另一端则连接到YO-YO球上。
当YO-YO球静止或缓慢旋转时,弹簧将离合器臂推向主轴,让主轴的旋转带动整个YO-YO球。
但当YO-YO球加速时,离心力将离合器臂的加重端朝弹簧向外推。
离合器臂松开主轴,于是主轴和YO-YO 球的其他部位都独立运动。
YO-YO球在刚刚抛出时旋转缓慢。
于是离合器咬合,主轴放线时带动圆片旋转。
但就在YO-YO球到达绳子底端前,由于旋转速度快,离合器会松开主轴。
圆片的角动量让YO-YO球保持旋转,但主轴的速度会减慢。
最终圆片的速度也减慢,作用于弹簧臂的离心力也变小。
当向外的离心力小于弹簧向内的力时,弹簧臂会紧紧夹住主轴。
这会将圆片的旋转运动带回主轴,让主轴重新绕线并回到你的手中。
这种玩具的制作工艺比古希腊的陶瓦YO-YO球精巧了很多,但基本魅力丝毫没有退减。
YO-YO球之所以一直广受欢迎,正是凭借了它的简单。
取一个普通线轴、轻扬手腕,便可将其变成自动旋转的陀螺,这其中有着无法言述的玄妙。
无论YO-YO球里添加了多么先进的装置,这个简单的玩具都会是人们的挚爱。
5 建立理想模型中轴为一空芯薄壁圆柱,半径为r,质量为m1,中轴两侧为一对薄片圆盘,半径为R,每个圆盘的质量为m2。
设溜溜球的整体质量为m,则有m=m1+2m2 (1)溜溜球对通过其质心C的转轴z的转动惯量J为J=m1r²+2(m2R²/2)=m1r²+m2R²(2)为了分析方便:①假设溜溜球下落的初始速度为Vco=0,初始转速度ω0=0;②假设细绳是完全弹性体(即不考虑球体转向时平动动能的损失);③暂不考虑空气的阻尼和细绳的摩擦阻力;④忽略细绳的质量。
6 进行理论分析YO-YO球的运动可看成整个球体随质心C在垂直方向上的平动和绕通过质心的转轴Z的转动的迭加。
如图2所示,假设YO-YO球在“上爬下走”过程中,细绳的张力为T,重力加速度为g,质心加速度为ac,转体所受合外力矩为Mc,角加速度为β.由刚体平面运动微积分得,mac=mg-T (3)对于转动由转动定律得,Mc=Jβ=Tr (4)因为YO-YO球在运动过程中仅有转动,所以其质心加速度ac与中轴和细绳切点处的切向加速度at相等,即ac=at.由于at=rB,故有ac=rβ(5) 联立(4)(5)消去β,得Mc=Jac/r=T即acJ/r²=T(6) 把(6)代入(3),整理得ac=g/(1+(J/mr²))(7)把(7)代入(5),得β= g/(r+(J/mr))(8)如图三所示,根据S=(1/2)at²可计算出YO-YO球单程运动所需要的时间t为,t=√(2H/ac)=√(2H/g)·√(1+(J/mr²))(9) 式中H为YO-YO球单程运动的高度。
根据v²-v0²=2as可计算出质心C下落的速度vc为,vc=√2acH=√(2gh/(1+(J/mr²)))(10) 式中h为YO-YO球下落的高度。
因为YO-YO球作纯滚动,所以vc=vt=rω,式中vt为中轴与细绳切点处的切向速度, ω为溜溜球转动的角速度。
故有ω=vc/r=√(2gh/(r²+(J/m)))(11) YO-YO球下落过程中作平面运动,动能为,T=(1/2)mvc²=(1/2)Jω²(12)把(10)(11)代入(12)得T=(mgh/(1+(J/mr²)))+(Jgh/(r²+(J/m)))=mgh (13) 同理,计算YO-YO球上爬过程中的Vc、ω、mvc²/2、Jω²/2、W动、W势, 也可由此得到(13)式。
(7)(8)(9)(10)(11)说明,YO-YO球的垂直加速ac,速度Vc,运动时间t和转动角加速度β,角速度ω仅仅取决于它的质量m,转动惯量J和中轴半径r。
可见,利用不同材料(改变m),不同中轴(改变r)和不同造型(改变J)就可制作出不同类型的YO-YO球。
从(7)式可知,对于某一确定的YO-YO球来说,m,r,J都是确定不变的,即ac=g/(1+(J/mr²))的大小是确定不变的。