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会倒退旋转的凯尔特魔石 澳门永利娱乐官方网站登入

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已有 4976 次阅读 2020-11-25 09:57 |系统分类:科普集锦

十九世纪发现的所谓“凯尔特石现象”曾吸引了物理学家们的浓厚兴趣,大量研究论文和报告的发表未能停止对这一奇特力学现象的理论探索。英国物理学家博迪 (Bondi,H) 在1986年的论文中写道[1]

即使训练有素的科学家也难以理解这种现象为何不违背动量矩定理。

所谓凯尔特石是一个接近半椭球形的船形刚体,其底部曲面沿纵向和横向有不同的曲率半径,重心在曲率中心的下方。刚体绕垂直轴有最大主惯性矩,而另外两个惯性主轴与底部曲面的曲率主轴不一致。将平凡无奇的这个物体放在桌面上,用手推动或叩击使它绕垂直轴旋转或绕水平轴摆动,可观察到意想不到的奇异现象,可归纳为

现象一:朝某个特定方向推动,刚体作平稳转动。但朝另一方向推动,刚体的转动伴随剧烈的摆动,很快减速,停转,并倒退朝相反方向旋转。

        现象二:静止的刚体受到叩击产生绕水平轴的摆动时,能迅速转变为绕垂直轴的旋转,旋转方向取决于叩击点的位置。

   凯尔特石 (Celtic stone) 的得名源于十九世纪考古学家对欧洲和埃及史前石器的发现。根据它的运动特征,也被称为抖退石 (rattleback) 或振动石 (wobblestone)。在北美和欧洲,凯尔特石是理工科大学力学实验室常见的演示教具。各种凯尔特石玩具在市场出售(图1)。其实自制一个凯尔特石并不困难,只要在狭长的船形木块上沿纵轴倾斜 5到 10的直线反对称地埋入两只金属钉,或利用倾斜的金属条调整惯性主轴的位置也行(图2)。凯尔特石特定的旋转方向由惯性主轴的倾斜方向确定。密歇根大学有位着迷的摩尔教授(Moore,K.),曾制作了几百个凯尔特石,甚至利用折弯的汤匙或半个熟鸡蛋也能做成。


         



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