爱的魔力转圈圈，中秋佳节要团圆！Skr~ | 正经玩_风闻

原创：中科院物理所

中秋佳节

是我国的传统节日

人们以月之圆兆人之团圆

但由于各种原因

并不是每个人

都能在今天和家人团聚

今天小编就利用我们

心与心之间的振动

来感受团圆的氛围

实验器材

所标杯、双面胶、瓶盖、刷子、胶带、泡沫块、马达、导线、电池组

实验过程

看到实验器材你可能会一头雾水

这是什么奇葩组合

没关系

一张图让你看明白组装过程

用双面胶将各部分组装完成

最后用胶带加固一下马达

自带滑稽

下面是最重要的一步

在瓶盖上钻一个偏心的孔

然后把它和马达连接起来

这样

一个（滑稽）刷子车就完成了

打开马达开关

来看看它的表现吧

爱的魔力转圈圈？

再来两个伴舞的所标杯

网络姻缘一线牵

原理解说

实验中的这个装置将振动转化为水平运动，实现了无轮行驶。我们着重分析它的运动原理以及转圈的成因。

首先，由于瓶盖的转轴并没有经过瓶盖的圆心，因此瓶盖就成了一个偏心轮。偏心轮在马达的带动下，发生转动时，会产生振动，这种振动通过马达与刷子之间的连接进行传递。这样，我们就相当于对刷子产生了一个周期性的驱动力。刷子会在这个驱动力的作用下产生受迫振动。（顺便提一句，如果驱动力的频率恰好与刷子的固有频率一致，刷子会因为共振而产生剧烈的振动）

装置示意图

刷子振动时，刷毛会因为受驱动力作用而产生弯曲。由于刷毛具有一定的弹性，所以在驱动力较小时刷毛会发生回弹。而回弹的力与刷毛材质以及刷毛的方向有关，刷毛材质影响的是力的大小，而刷毛的方向则会影响力的方向（见下图）。

刷毛示意图（红色箭头表示刷毛的弹力，蓝色箭头表示弹力的水平与垂直分量）

由于我们常用的刷子的刷毛方向是杂乱无章的，所以，在刷子振动时，刷毛会产生很多不同方向的力。这些力很难在水平方向平衡，所以水平方向的合力就成了使刷子水平运动的驱动力。

刷毛

其次，在实验中，我们发现，当马达位于刷子的一侧时，刷子会开始绕圈圈。这是由于马达一侧的刷毛形变程度相比没有马达的一侧，会大很多。相应的，刷毛的弹力也会大一些。这就导致刷子的两侧出现了速度差，与差速转向的原理类似，刷子会因此而发生转动。挖掘机、坦克车的转向也是这一原理。至于转圈的方向，由于刷毛太多，加上运动过程中外部环境存在一定的干扰，所以刷子的转圈方向具有不确定性，可能顺时针，也可能逆时针。

坦克转向

这里有一个问题留给大家思考，如果地面是光滑的，我们这个装置还能“逮虾户”（转圈圈）嘛？最后祝大家中秋节快乐！

图片来源：

刷毛：www.myzaker.com

坦克转向：www.sohu.com