每个消失的自行车胎都有个成为陀螺仪的梦想 | 正经玩_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2020-11-14 21:26
小编有辆心爱的自行车
风里雨里都陪我走过
然而有一天!
它的前胎不见了!

年轻人呐
不讲武德!
实验器材
所标杯、工具人、旋转座椅、自行车胎

实验过程
安全提示
实验危险,小朋友请在大人陪同下进行
首先将轮胎旋转起来

然后坐在旋转椅上的工具人手持轮胎
左右偏转旋转中的轮胎

会发现工具人跟旋转椅一起旋转起来
原理解说
震惊!为了演示陀螺仪的旋转,某男子竟卸下朋友的自行车前轮!
明明我趁着椅子不注意,悄咪咪地歪斜下轮子,为什么还是被它发现了!等试了两下之后才发现,轮子的运动和椅子的转动似乎是有联系的,可以通过转动轮子控制椅子的转动,看起来好像开着美人鱼战士和企鹅男孩的透明汽车。
这是为什么呢?
正如平动的物体有动量一样,转动的物体也有角动量:

其中

为转动物体与转轴之间的位移,

为转动物体的动量。
类比动量守恒定律,在没有外力矩的情况下,角动量也是守恒的。将人、椅子和转轮视为一个整体,最初只有轮子在竖直转动,系统角动量如图所示:

角动量大小为

,方向水平向右,竖直方向角动量为0。
当轮子有一个倾角时,角动量的方向随之发生了变化,竖直方向份量为

。因为系统竖直方向没有受到外力矩,因此各部分竖直方向的角动量之和应该是不变的。所以,椅子该出手时就出手,带着人转动产生一个新的角动量

,确保

。

角动量守恒在生活中随处可见,比如下落的猫。

图片来源:wikipedia
在空间站中,水平、竖直方向都可以不受力矩作用,因此可以通过改变陀螺仪的状态,控制空间站的任何转动自由度。
最后,想要投稿但是没有轮子的小朋友,不要学小编拆掉自行车轮做实验,会被妈妈打的哦!被抓到了也一定不要出卖小编(小声)。